Инверторы серии FRENIC-AQUA. Руководство пользователя (2012 год) - часть 12

 

  Главная      Книги - Разные     Инверторы серии FRENIC-AQUA. Руководство пользователя (2012 год)

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     10      11      12      13     ..

 

 

 

Инверторы серии FRENIC-AQUA. Руководство пользователя (2012 год) - часть 12

 

 

 

3.1  

Выбор

 

двигателей

 

и

 

инверторов

 

3-1

 

Гл

ав

а

 3 

ВЫБ

О

Р

 

ДВИГ

А

Т

ЕЛЯ

 

И

 

ИНВ

Е

Р

Т

ОР
А

 

ОП
ТИМА

ЛЬНОЙ

 

МОЩНОС

ТИ

 

3.1 

Выбор

 

двигателей

 

и

 

инверторов

 

При

 

выборе

 

инвертора

 

для

 

общего

 

применения

 

сначала

 

выбирается

 

двигатель

а

 

затем

 

инвертор

(1) 

Критерий

 

выбора

 

двигателя

Определите

 

какой

 

тип

 

нагрузки

 

будет

 

использован

 

в

 

механизме

рассчитайте

 

момент

 

инерции

 

и

 

затем

 

выберите

 

двигатель

 

подходящей

 

мощности

(2) 

Критерий

 

выбора

 

инвертора

Учтите

 

эксплуатационные

 

требования

  (

например

время

 

разгона

время

 

торможения

 

и

 

рабочую

 

частоту

нагруженного

 

механизма

приводимого

 

двигателем

выбранном

 

в

 

предыдущем

 

пункте

 (1), 

рассчитайте

 

разгон

/

торможение

тормозной

 

момент

В

 

этой

 

главе

 

описана

 

процедура

 

выбора

 

по

 

критериям

указанным

 

выше

 (1) 

и

 (2). 

Сначала

 

рассчитывается

 

момент

развиваемый

 

двигателем

приводимым

 

в

 

движение

 

инвертором

 

(FRENIC-AQUA). 

 

3.1.1 

Характеристики

 

выходного

 

момента

 

двигателя

 

На

 

Рисунках

 3.1 

и

 3.2 

показаны

 

графики

 

характеристик

 

выходного

 

момента

 

двигателей

 

на

 

номинальной

 

выходной

 

частоте

раздельно

 

для

 

частот

 50 

Гц

 

и

 60 

Гц

Горизонтальная

 

и

 

вертикальная

 

оси

 

отображают

 

выходную

 

частоту

 

и

 

выходной

 

момент

 (%), 

соответственно

Кривые

 

с

 (a) 

по

 (d) 

зависят

 

от

 

рабочих

 

условий

 

Рисунок

 3.1  

Характеристики

 

выходного

 

момента

 (

Основная

 

частота

: 50 

Гц

 

 

3-2

 

 

 

Рисунок

 3.2  

Характеристики

 

выходного

 

момента

 (

Основная

 

частота

: 60 

Гц

(1) 

Допустимый

 

непрерывный

 

момент

 

вращения

 (

Кривая

 (a) 

на

 

Рис

. 3.1 

и

 3.2) 

Кривая

 (a) 

отображает

 

характеристики

 

момента

которые

 

могут

 

быть

 

получены

 

в

 

диапазоне

 

непрерывного

 

номинального

 

тока

 

инвертора

с

 

учетом

 

характеристик

 

охлаждения

 

двигателя

При

 

вращении

 

двигателя

 

на

 

основной

 

частоте

 60 

Гц

может

 

быть

 

получен

 100 % 

выходной

 

момент

на

 

частоте

 50 Hz, 

выходной

 

момент

 

несколько

 

ниже

чем

 

при

 

питании

 

от

 

промышленной

 

сети

и

 

снижается

 

при

 

снижении

 

частоты

Снижение

 

выходного

 

момента

 

на

 

частоте

 50 

Гц

 

происходит

 

из

-

за

 

увеличенных

 

потерь

 

при

 

питании

 

от

 

инвертора

и

 

из

-

за

 

того

что

 

на

 

низких

 

частотах

 

вращения

 

повышается

 

тепловыделение

вследствие

 

ухудшения

 

охлаждающей

 

способности

 

вентилятора

 

двигателя

(2) 

Максимальный

 

кратковременный

 

момент

 

вращения

 (

Кривые

 (b) 

и

 (c) 

на

 

Рис

. 3.1 

и

 3.2) 

Кривая

 (b) 

отображает

 

характеристики

 

вращающего

 

момента

который

 

может

 

быть

 

получен

 

в

 

диапазоне

 

номинального

 

тока

 

инвертора

 

за

 

короткое

 

время

  (

выходной

 

момент

 

составляет

 

110% 

за

 

одну

 

минуту

в

 

режиме

 

динамического

 

векторного

 

управления

 

моментом

 

вращения

 

(F42 = 1). 

В

 

этот

 

промежуток

 

времени

 

характеристики

 

охлаждения

 

двигателя

 

оказывают

 

незначительное

 

влияние

 

на

 

выходной

 

момент

Кривая

 (c) 

отображает

 

пример

 

характеристики

 

вращающего

 

момента

 

при

 

использовании

 

инвертора

 

более

 

высокой

 

мощности

  (

на

 

один

 

класс

 

выше

для

 

поднятия

 

кратковременного

 

максимального

 

момента

В

 

этом

 

случае

 

кратковременный

 

вращающий

 

момент

 

на

 20–30% 

выше

чем

 

при

 

использовании

 

инвертора

 

стандартной

 

мощности

(3) 

Пусковой

 

момент

 (

в

 

области

 

нулевой

 

выходной

 

частоты

 0 

Гц

 

на

 

Рис

. 3.1 

и

 3.2) 

Максимальный

 

кратковременный

 

момент

 

может

 

быть

 

применен

 

в

 

качестве

 

пускового

 

момента

(4) 

Тормозной

 

момент

 (

Кривая

 (d) 

на

 

Рис

. 3.1 

и

 3.2) 

При

 

торможении

 

двигателя

 

кинетическая

 

энергия

 

преобразовывается

 

в

 

электрическую

 

энергию

 

и

 

накапливается

 

в

 

конденсаторе

 

шины

 

постоянного

 

тока

 

инвертора

Только

 

двигатель

 

и

 

инвертор

 

расходуют

 

эту

 

энергию

как

 

их

 

внутренние

 

потери

таким

 

образом

тормозной

 

момент

 

будет

 

таким

как

 

показано

 

на

 

кривой

 (d). 

Заметьте

что

 

значение

 

момента

 

в

 % 

изменяется

 

в

 

зависимости

 

от

 

мощности

 

инвертора

 

3.1  

Выбор

 

двигателей

 

и

 

инверторов

 

3-3

 

Гл

ав

а

 3 

ВЫБ

О

Р

 

ДВИГ

А

Т

ЕЛЯ

 

И

 

ИНВ

Е

Р

Т

ОР
А

 

ОП
ТИМА

ЛЬНОЙ

 

МОЩНОС

ТИ

 

3.1.2 

Процедура

 

выбора

 

На

 

рисунке

 3.3 

показана

 

общая

 

процедура

 

выбора

 

оптимального

 

инвертора

Пункты

 

с

 

номерами

 

с

 (1) 

по

 (3) 

описываются

 

на

 

следующих

 

страницах

Вы

 

можете

 

легко

 

выбрать

 

мощность

 

инвертора

если

 

не

 

имеется

 

ограничений

 

по

 

времени

 

разгона

 

и

 

торможения

Если

 

эти

 

ограничения

 

имеются

 

или

 

если

 

разгон

 

и

 

торможение

 

чередуются

 

слишком

 

часто

тогда

 

процедура

 

выбора

 

будет

 

более

 

сложной

чем

 

при

 

работе

 

на

 

постоянной

 

скорости

НАЧАЛО

Расчет

 

момента

 

нагрузки

 

для

 

работы

 

на

 

постоянной

 

скорости

Выбор

 

мощности

 

с

 

учетом

 

условия

:

Номинальный

 

момент

 > 

Момент

 

нагрузки

                                      

на

 

пост

скорости

Имеются

 

ли

 

ограничения

по

 

времени

 

разгона

и

 

торможения

Расчет

 

времени

 

разгона

Время

 

рассчитано

правильно

?

Увеличьте

 

класс

 

мощности

Расчет

 

времени

 

торможения

Расчет

 

времени

 

разгона

Время

 

рассчитано

правильно

?

Время

 

рассчитано

правильно

?

КОНЕЦ

Проконсультируйтесь

с

 FUJI

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

(1)

(2)

(3)

(2)

 

Рисунок

 3.3  

Процедура

 

выбора

 

 

 

3-4

 

(1) 

Расчет

 

момента

 

нагрузки

 

для

 

работы

 

на

 

постоянной

 

скорости

 (

Подробнее

 

см

в

 

Разделе

 3.1.3.1) 

Необходимо

 

рассчитать

 

момент

 

нагрузки

 

для

 

работы

 

на

 

постоянной

 

скорости

 

для

 

всех

 

нагрузок

Сначала

 

рассчитайте

 

момент

 

нагрузки

 

двигателя

вращающегося

 

с

 

постоянной

 

скоростью

а

 

затем

 

выберите

 

ориентировочную

 

мощность

 

таким

 

образом

чтобы

 

непрерывный

 

номинальный

 

момент

 

двигателя

 

на

 

постоянной

 

скорости

 

вращения

 

был

 

выше

 

момента

 

нагрузки

Для

 

эффективного

 

выбора

 

мощности

 

необходимо

 

привести

 

в

 

соответствие

 

номинальные

  (

основные

скорости

 

двигателя

 

и

 

нагрузки

Для

 

этого

 

выберите

 

соответствующее

 

передаточное

 

отношение

 

редуктора

  (

механической

 

передачи

и

 

количество

 

полюсов

 

двигателя

Если

 

не

 

имеется

 

никаких

 

ограничений

 

на

 

установку

 

времени

 

разгона

 

или

 

торможения

то

 

эту

 

ориентировочную

 

мощность

 

можно

 

принять

 

в

 

качестве

 

основной

(2) 

Расчет

 

времени

 

разгона

 (

Подробнее

 

см

в

 

Разделе

 3.1.3.2)

 

Если

 

имеются

 

какие

-

либо

 

определенные

 

требования

 

к

 

времени

 

разгона

рассчитайте

 

его

используя

 

следующую

 

процедуру

1) 

Расчет

 

общего

 

момента

 

инерции

 

нагрузки

 

и

 

двигателя

 

Рассчитайте

 

момент

 

инерции

 

нагрузки

согласно

 

Разделу

 3.1.3.2, "

Расчет

 

времени

 

разгона

/

торможения

". 

Момент

 

инерции

 

для

 

двигателя

 

узнайте

 

в

 

каталоге

 

на

 

двигатель

Суммируйте

 

моменты

 

инерции

.

 

2)

 

Расчет

 

заданного

 

минимального

 

момента

 

разгона

 (

См

Рисунок

 3.4)

 

Момент

 

разгона

 – 

это

 

разность

 

между

 

значением

 

кратковременного

 

выходного

 

момента

 

двигателя

  (

на

 

основной

 

частоте

: 60 

Гц

), 

описанного

 

в

 

Разделе

 3.1.1 (2) 

"

Максимальный

 

кратковременный

 

момент

 

вращения

и

 

момента

 

нагрузки

 (

G

при

 

вращении

 

с

 

постоянной

 

скоростью

рассчитанного

 

в

 

пункте

 (1) 

выше

Рассчитайте

 

заданный

 

минимальный

 

момент

 

разгона

 

для

 

всего

 

диапазона

 

скорости

.

 

3) 

Расчет

 

времени

 

разгона

 

Подставьте

 

значение

рассчитанное

 

выше

в

 

формулу

 (3.10) 

в

 

Разделе

 3.1.3.2 "

Расчет

 

времени

 

разгона

/

торможения

с

 

целью

 

расчета

 

времени

 

разгона

Если

 

расчетное

 

время

 

разгона

 

получилось

 

больше

 

ожидаемого

 

времени

выберите

 

инвертор

 

и

 

двигатель

 

на

 

один

 

класс

 

мощнее

 

и

 

повторно

 

рассчитайте

 

время

 

разгона

 

 

Рисунок

 3.4  

Пример

 

определения

 

минимального

 

момента

 

разгона

 

 

3.1  

Выбор

 

двигателей

 

и

 

инверторов

 

3-5

 

Гл

ав

а

 3 

ВЫБ

О

Р

 

ДВИГ

А

Т

ЕЛЯ

 

И

 

ИНВ

Е

Р

Т

ОР
А

 

ОП
ТИМА

ЛЬНОЙ

 

МОЩНОС

ТИ

 

(3) 

Время

 

торможения

 (

Подробнее

 

см

в

 

Разделе

 3.1.3.2) 

Для

 

расчета

 

времени

 

торможения

 

проконтролируйте

 

характеристики

 

момента

 

торможения

 

двигателя

 

в

 

полном

 

диапазоне

 

скорости

как

 

при

 

расчете

 

времени

 

разгона

1) 

Рассчитайте

 

общий

 

момент

 

инерции

 

нагрузки

 

и

 

двигателя

 

Также

 

как

 

в

 

расчете

 

времени

 

разгона

2)

 

Рассчитайте

 

заданный

 

минимальный

 

момент

 

торможения

 (

См

Рисунки

 3.5 

и

 3.6.)

 

Также

 

как

 

в

 

расчете

 

времени

 

разгона

3) 

Рассчитайте

 

время

 

торможения

 

Вставьте

 

рассчитанное

 

выше

 

значение

 

в

 

формулу

 (3.11) 

для

 

расчета

 

времени

 

торможения

аналогично

 

расчету

 

времени

 

разгона

Если

 

рассчитанное

 

время

 

торможения

 

получилось

 

больше

 

требуемого

выберите

 

инвертор

 

и

 

двигатель

 

на

 

один

 

класс

 

мощности

 

выше

 

и

 

повторите

 

расчет

 

 

Рисунок

 3.5 

Пример

 

определения

 

минимального

 

момента

 

торможения

 (1) 

 

Рисунок

 3.6 

Пример

 

определения

 

минимального

 

момента

 

торможения

 (2) 

 

 

3-6

 

3.1.3 

Формулы

 

для

 

выбора

 

3.1.3.1 

Момент

 

нагрузки

 

на

 

постоянной

 

скорости

 

[ 1 ] 

Общие

 

формулы

 

Необходимо

 

рассчитать

 

силу

 

трения

действующую

 

на

 

горизонтально

 

перемещаемую

 

нагрузку

Ниже

 

показан

 

расчет

 

для

 

нагрузки

перемещаемой

 

двигателем

 

по

 

прямой

Если

 

сила

 

для

 

линейного

 

перемещения

 

нагрузки

 

на

 

постоянной

 

скорости

 



(

м

/

с

) – 

это

 F (N) 

и

 

скорость

 

двигателя

 

для

 

её

 

перемещения

 – 

это

  N

M

  (

об

/

мин

), 

то

 

требуемый

 

выходной

 

момент

 

двигателя

 

M

 (N·m) 

является

 

следующим

)

m

N

(

F

N

2

60

G

M

M

(

Нм

) (3.1) 

где

G

 – 

КПД

 

редуктора

Когда

 

инвертор

 

затормаживает

 

двигатель

КПД

 

работает

 

в

 

обратную

 

сторону

поэтому

 

требуемый

 

момент

 

двигателя

 

должен

 

рассчитываться

 

следующим

 

образом

)

m

N

(

F

N

2

60

G

M

M

(

Нм

) (3.2) 

 
(60·

) / (2

·N

M

в

 

формуле

 

выше

 

эквивалентно

 

вращению

 

радиуса

соответствующему

 

скорости

 



(

м

/

с

)

вокруг

 

вала

 

двигателя

Значение

 F (N) 

в

 

указанных

 

выше

 

формулах

 

зависят

 

от

 

типа

 

нагрузки

[ 2 ] 

Получение

 

заданного

 

усилия

 F 

Горизонтальное

 

перемещение

 

нагрузки

 

На

 

Рисунке

 3.7 

показана

 

упрощенная

 

механическая

 

конфигурация

Если

 

масса

 

несущего

 

стола

 

– 

это

 W

0

 (

кг

), 

нагрузка

 – 

это

 W (

кг

), 

а

 

коэффициент

 

трения

 

в

 

шарико

-

винтовой

 

паре

 – 

это

 

то

 

сила

 

трения

 F(N) 

рассчитывается

 

таким

 

образом

чтобы

 

она

 

была

 

равна

 

силе

требуемой

 

для

 

перемещения

 

нагрузки

)

N

(

g

)

W

W

(

F

0

(

Н

) (3.3) 

где

, g – 

ускорение

 

свободного

 

падения

 (

 9.8 (

м

/

с

2

)). 

Тогда

 

момент

 

вращения

 

вокруг

 

вала

 

двигателя

 

выражается

 

следующим

 

образом

)

m

N

(

g

)

W

W

(

N

2

60

G

0

M

M

(

Нм

) (3.4) 

 

 

Рисунок

 3.7  

Горизонтальное

 

перемещение

 

нагрузки

 

 

3.1  

Выбор

 

двигателей

 

и

 

инверторов

 

3-7

 

Гл

ав

а

 3 

ВЫБ

О

Р

 

ДВИГ

А

Т

ЕЛЯ

 

И

 

ИНВ

Е

Р

Т

ОР
А

 

ОП
ТИМА

ЛЬНОЙ

 

МОЩНОС

ТИ

 

3.1.3.2 

Расчет

 

времени

 

разгона

/

торможения

 

Если

 

объект

момент

 

инерции

 

которого

 

равен

 J (

кг

·

м

2

), 

вращается

 

со

 

скоростью

 N (

об

/

мин

), 

то

 

он

 

имеет

 

следующую

 

кинетическую

 

энергию

)

J

(

)

60

N

2

(

2

J

E

2

(

Дж

) (3.5) 

Разгон

 

указанного

 

выше

 

вращающегося

 

объекта

 

требует

 

увеличения

 

кинетической

 

энергии

для

 

торможения

 

объекта

 

необходим

 

сброс

 

кинетической

 

энергии

Момент

требуемый

 

для

 

разгона

 

и

 

торможения

может

 

быть

 

выражен

 

следующим

 

образом

)

m

N

(

)

dt

dN

(

60

2

J

(

Нм

) (3.6) 

Таким

 

образом

механический

 

момент

 

инерции

 

является

 

важным

 

элементом

 

разгона

 

и

 

торможения

Сначала

 

приведено

 

описание

 

способа

 

расчета

 

момента

 

инерции

далее

 

описывается

 

время

 

разгона

 

и

 

торможения

 

[ 1 ] 

Расчет

 

момента

 

инерции

 

Для

 

объекта

вращаемого

 

вокруг

 

вала

виртуально

 

разбейте

 

объект

 

на

 

небольшие

 

сегменты

 

и

 

возведите

 

в

 

квадрат

 

значение

 

расстояния

 

от

 

вала

 

до

 

каждого

 

сегмента

Далее

 

для

 

расчета

 

момента

 

инерции

 

суммируйте

 

квадраты

 

расстояний

 

и

 

массы

 

сегментов

.

 

)

m

kg

(

)

r

W

(

J

2

2

i

i

(

кг

м

2

) (3.7) 

Далее

 

описаны

 

формулы

 

расчета

 

момента

 

инерции

 

для

 

различных

 

форм

 

нагрузки

 

или

 

систем

 

нагрузки

 

(1) 

Полый

 

цилиндр

 

и

 

сплошной

 

цилиндр

 

Тело

 

вращения

 

имеет

 

форму

 

полого

 

цилиндра

Момент

 

инерции

 J (

кг

м

2

вокруг

 

оси

 

центра

 

полого

 

цилиндра

 

может

 

быть

 

рассчитана

 

по

 

следующей

 

формуле

где

 D

и

 D

[

м

] – 

это

 

внешний

 

и

 

внутренний

 

диаметры

 

соответственно

 

и

 W [

кг

] – 

это

 

масса

показанные

 

на

 

Рисунке

 3.8. 

)

m

kg

(

8

)

D

D

(

W

J

2

2

2

2

1

(

кг

м

2

) (3.8) 

Для

 

сплошного

 

цилиндра

 

при

 

расчете

 

момента

 

инерции

 

диаметр

 D

2

 

принимается

 

равным

 0. 

 

 

Рисунок

 3.8  

Полый

 

цилиндр

 

(2) 

Для

 

общего

 

тела

 

вращения

 

В

 

таблице

 3.1 

приведены

 

формулы

 

расчета

 

момента

 

инерции

 

различных

 

тел

 

вращения

включая

 

цилиндрические

 

тела

 

вращения

показанные

 

выше

 

 

3-8

 

Таблица

 3.1  

Момент

 

инерции

 

различных

 

тел

 

вращения

 

Масса

: W (

кг

Масса

: W (

кг

Форма

 

Момент

 

инерции

J (

кг

·

м

2

Форма

 

Момент

 

инерции

J (

кг

·

м

2

L

)

D

D

(

4

W

2

2

2

1

 

L

B

A

W

 

Полый

 

цилиндр

 

 

)

D

D

(

W

8

1

J

2

2

2

1

 

3

D

6

W

 

Сфера

 

 

 

2

D

W

10

1

J

 

)

A

L

(

W

12

1

J

2

2

a

 

)

A

4

1

L

(

W

12

1

J

2

2

b

 

)

L

3

1

L

L

L

(

W

J

2

0

2

0

c

 

L

D

12

W

2

 

L

D

4

W

2

 

Конус

 

 

2

D

W

40

3

J

 

L

B

A

W

 

Прямоугольная

 

призма

 

 

)

B

A

(

W

12

1

J

2

2

 

)

D

4

3

L

(

W

12

1

J

2

2

a

 

)

D

16

3

L

(

W

3

1

J

2

2

b

 

)

L

3

1

L

L

L

(

W

J

2

0

2

0

c

 

L

B

A

3

1

W

 

L

B

A

3

1

W

 

Квадратный

 

конус

 

(

Пирамида

 

с

 

квадратным

 

основанием

 

)

B

A

(

W

20

1

J

2

2

 

L

A

4

3

W

2

 

 

)

A

4

1

L

(

W

10

1

J

2

2

b

 

)

L

5

3

L

L

2

3

L

(

W

J

2

0

2

0

c

 

Треугольная

 

призма

 

 

2

A

W

3

1

J

 

L

D

12

W

2

 

L

A

12

3

W

2

 

Тетраэдр

 

с

 

равносторонним

 

треугольным

 

основанием

 

 

2

A

W

5

1

J

 

)

D

8

3

L

(

W

10

1

J

2

2

b

 

)

L

5

3

L

L

2

3

L

(

W

J

2

0

2

0

c

 

Плотность

 

металла

 (

на

 20

C)  

(

кг

/

м

3

)    

Чугун

: 7860,  

Медь

: 8940,  

Алюминий

: 2700 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     10      11      12      13     ..