Správná velikost motorů a měničů

Výrobci elektromotorů a měničů kmitočtu vyvinuli různé metody pro rychlý výběr velikosti motorů a frekvenčních měničů pro konkrétní zatížení stroje. Stejný základní postup používá většina aplikačních inženýrů.
Velikost motoru a měniče kmitočtu pro konkrétní zatížení stroje
Velikost motoru a měniče kmitočtu pro konkrétní zátěž stroje (foto kredit: focusondrives.com)

V těchto dnech se aplikace obvykle volí na základě PC softwaru. Pro inženýry je však důležité jasně pochopit výběrové řízení.
Jeden z nejlepších postupů používá jednoduchý Nomogram založený na křivkách limitů zátěže, aby se dosáhlo základního výběru velikosti motoru. Tento postup je popsán níže. Potom se kontrolují další faktory, aby se zajistilo, že je zvolena optimální kombinace motoru a měniče.

4 zásady výběru

Doporučuje se pět následujících zásad výběru:

Princip výběru 1 //

Nejprve je třeba zvolit typ a velikost motoru. Počet pólů (základní otáčky) by měl být zvolen tak, aby motor běžel co nejvíce při rychlosti mírně nad základní rychlostí 50 Hz.

To je žádoucí, protože:

Tepelná kapacita motoru se zlepšuje, když f ≥ 50 Hz díky účinnějšímu chlazení při vyšších rychlostech.
Komutační ztráty převodníku jsou minimální, když pracují v rozsahu zeslabení pole nad 50 Hz.
Pro konstantní zatížení točivého momentu se dosáhne většího rozsahu otáček, když motor pracuje v rozsahu zeslabení pole při maximální rychlosti. To znamená, že nejúčinnější využití je momentová / rychlostní schopnost frekvenčního měniče.

To by mohlo znamenat úsporu nákladů ve formě menšího motoru a převodníku.
Ačkoli mnoho výrobců prohlašuje, že jejich konvertory mohou produkovat výstupní frekvence až 400 Hz, tyto vysoké frekvence mají málo praktického použití kromě velmi zvláštních (a neobvyklých) aplikací. Konstrukce standardních motorů klecí a snížení špičkové schopnosti krouticího momentu v oblasti oslabení pole omezují jejich použití při frekvencích nad 100 Hz.
Maximální otáčky, při kterých může běžet motor s klecí veverky, by měly být vždy zkontrolovány u výrobce, zejména u větších dvoupólových (3000 ot / m) motorů s výkonem větším než 200 kW. Hluk ventilátoru vytvářený motorem se také podstatně zvyšuje s rostoucí rychlostí motoru.
Porovnání točivého momentu, který je generován čtyřpólovým motorem a šestipólovým motorem, je znázorněno na obrázku 1. To ilustruje vyšší točivý moment 6pólového stroje.

Porovnání mezních křivek tepelného výkonu pro dva motory o výkonu 90 kW TEFC
Obrázek 1 – Porovnání mezních křivek tepelného výkonu pro dva motory o výkonu 90 kW TEFC

90 kW 4pólový motor (1475 ot / min)
90 kW 6pólový motor (985 ot / min)

Princip výběru 2 //

Výběr nadrozměrného motoru, který má být „bezpečný“, se obvykle nedoporučuje, protože to znamená, že musí být vybrán také nadměrný měnič kmitočtu. Frekvenční měniče, zejména typ PWM, jsou určeny pro nejvyšší špičkovou hodnotu proudu, která je součtem základních a harmonických proudů v motoru.

Čím větší je elektromotor, tím větší jsou špičkové proudy.
Aby se předešlo tomuto špičkovému proudu, který překračuje konstrukční limit, nesmí být nikdy používán konvertor s velikostí motoru větší, než pro kterou je specifikován. I když je větší motor lehce zatížen, jeho špičkové harmonické proudy jsou vysoké.

Princip výběru 3 //

Jakmile je motor vybrán, je možné snadno zvolit správnou velikost převodníku z katalogu výrobce. Obvykle se hodnotí podle proudu (ne kW) na základě specifického napětí. Mělo by se používat pouze jako vodítko, protože měniče by měly být vždy vybírány na základě maximálního trvalého proudu motoru.

Ačkoli většina katalogů je založena na standardních výkonových hodnotách motorů IEC (kW), motory různých výrobců mají poněkud odlišné hodnoty proudu.

Princip výběru 4 //

I když se zdá být zřejmé, že motor a konvertor by měly být specifikovány pro napájecí napětí a frekvenci, ke které má být připojen měnič s proměnnými otáčkami.
Ve většině zemí používajících normy IEC je standardní napájecí napětí 380 V ± 6%, 50 Hz. V Austrálii je to 415 V ± 6%, 50 Hz. V některých aplikacích, kde je velikost měniče velmi velká, je často úsporné používat vyšší napětí pro snížení nákladů na kabely. Další běžně používaná napětí jsou 500 V a 660 V.