Ръководство за избор на VFD: Методология в пет стъпки за индустриална автоматизация
Това изчерпателно ръководство предлага на инженери по управление, ръководители на поддръжка и мениджъри по доставки надеждна петстъпкова методология за избор на правилен честотен преобразувател (VFD). Независимо дали заменяте повредено устройство, проектирате нова машина или оценявате опции "същия HP, различна цена" в индустриалната автоматизация, този процес гарантира избор на VFD, който работи надеждно при реални условия.
Критична основа: Събиране на съществени данни за мотора и натоварването
Преди да започнете процеса на оразмеряване, съберете пет задължителни данни. Игнорирането им често води до хронични спирания или преждевременна повреда на задвижването в системите за фабрична автоматизация.
- Данни от табелката на мотора: Запишете точния FLA (пълен товарен ток) и напрежение (напр. 8.4 A @ 460 V). Конските сили (HP) са приблизителна стойност; токът е реалната работна величина.
- Профил на въртящия момент на натоварването: Определете типа натоварване — дали е Променлив въртящ момент (VT) като центробежна помпа или вентилатор, или Постоянен въртящ момент (CT) като конвейер, миксер или помпа с положително изместване (PD)?
- Динамика на стартиране/спиране: Оценете честотата и интензивността на работа. Изисква ли приложението плавни ускорения или тежки, чести стартирания, може би с вертикални или натоварвания с обратен ход?
- Работна среда: Отбележете температурата в таблото, надморската височина, качеството на вентилацията и пространството в шкафа. Тези фактори пряко влияят на топлинните характеристики.
- Изискван метод на спиране: Определете необходимото време за спиране: просто спиране на инерция, контролирано забавяне, използване на динамичен спирачен резистор (DBR) или напълно регенеративен преден край.
Стъпка 1: Размер според пълния товарен ток (FLA), а не конски сили
Експертният опит показва, че токът е единственият важен показател. Изборът на VFD трябва да започне с съвпадение на номиналния изходен ток на задвижването с FLA на мотора при работното напрежение.
Действащи стъпки:
- Ако е известен само HP, вземете конкретния FLA от табелката на мотора или се консултирайте с таблицата на доставчика за FLA преди покупка.
- Съответствайте директно номиналния ток на задвижването за непрекъсната работа с FLA. Различни мотори с "същия HP" могат да имат значително различни стойности на FLA, което прави HP ненадеждна спецификация.
Стъпка 2: Избор на правилния клас на натоварване (VT срещу CT)
Класът на натоварване определя вградената в задвижването способност за претоварване, което е критичен фактор за оцеляване при изискващи стартиращи и ударни натоварвания.
| Характеристика | VT (Променлив въртящ момент) | CT (Постоянен въртящ момент) |
|---|---|---|
| Типични натоварвания | Центробежни вентилатори, помпи | Конвейери, миксери, екструдери, PD помпи |
| Възможност за претоварване | ≈ 110%-120% за 60 секунди | 150% за 60 секунди |
| Ползи | По-ниска първоначална цена, намалено генериране на топлина, когато не е необходим висок въртящ момент. | Обработва тежки стартирания, моментни ударни натоварвания и внезапни промени в натоварването. |
| Правило за увеличаване на размера | Рядко; само ако екологичното намаляване на мощността намали наличните ампери под FLA. | Изисква се, ако вашето приложение се нуждае от >150% за >60 секунди или за особено твърди, тежки натоварвания. |
Стъпка 3: Прилагане на реални фактори за намаляване на мощността
Реалните работни условия, като висока околна температура, надморска височина и затворени корпуси, намаляват наличния непрекъснат ток на VFD. Този концепт е жизненоважен за надеждни системи за управление.
Необходимост от намаляване на мощността: Топлината, надморската височина и високата честота на носещия сигнал намаляват максималния доставим ток на задвижването.
Процедура: Консултирайте се със специфичните таблици за намаляване на мощността от доставчика на VFD. Използвайте тези таблици, за да изчислите реално наличния ток след отчитане на инсталационната среда.
Правилото за увеличаване на размера: Ако изчисленият наличен ток след намаляване на мощността падне под FLA на мотора, трябва или да увеличите рамката на задвижването, или да намалите честотата на носещия сигнал.
Контекст в индустрията: Според стандартите на IEEE, работа над 1,000 метра (3,300 фута) обикновено изисква намаляване на мощността поради по-тънък въздух и намалена ефективност на охлаждане. Освен това, увеличаването на честотата на носещия сигнал от 4 kHz до 8 kHz може лесно да намали капацитета на задвижването с 5% до 10% поради увеличени загуби при превключване.
Стъпка 4: Управление на регенеративната и спирачната енергия
Бързото забавяне или претоварване/вертикални натоварвания (като асансьори или екструдери) връщат енергия обратно в DC шината на VFD. Без път за управление на тази енергия ще възникне грешка за пренапрежение.
- Свободно спиране: Най-простият, най-евтиният и най-бавният метод. Моторът спира свободно без захранване.
- Контролирано забавяне: Често достатъчно за вентилатори с висока инерция и умерена скорост на нарастване.
- Динамичен спирачен резистор (DBR): Разсейва излишната енергия като топлина, позволявайки по-бързи, повтарящи се и надеждни контролирани спирания.
- Регенеративен преден край (RFE): Сложно решение, което преобразува излишната енергия от DC шината обратно в използваема AC мощност и я връща към основната електрическа мрежа. Това е оптималният, макар и най-скъп избор за чести, тежки спирачни цикли.
Стъпка 5: Окабеляване, защита и филтриране на изхода.
Правилното окабеляване и защита осигуряват съответствие и дълготрайност на системата. Това е критично за всички системи, контролирани от PLC и DCS.
Оразмеряване на проводниците: Оразмеряването на проводниците от страна на мотора се базира основно на FLA на мотора. Проводниците от страна на захранването и устройството за защита от претоварване (OCPD) трябва стриктно да съответстват на входните характеристики на VFD и местните електрически норми.
Дълги моторни кабели: Моторите, захранвани от VFD с дълги кабелни трасета (често >50 фута), могат да изпитат отразени напрежения, водещи до пикови напрежения, които натоварват изолацията на мотора.
Мерки за смекчаване: Помислете за добавяне на dv/dt или синусоидални филтри към изхода на VFD за защита на стандартните мотори и безопасно удължаване на кабелите. Използването на мотор за инверторна работа винаги е предпочитано при дълги кабелни трасета или високи честоти на превключване.
Чести грешки при оразмеряване на VFD и решения.
Изборът на VFD изисква избягване на често срещани грешки, които водят до оперативни проблеми.
Ръководен пример за приложение: 5 HP CT конвейер с висока нужда от спиране.
Този пример демонстрира логиката за приложение с постоянен въртящ момент в индустриалната автоматизация.
Данни от табелката: 5 HP, 460 V, FLA=7.6 A.
Работа/Старт: Постоянен въртящ момент (CT), изискващ 150%/60 с претоварване за тежки стартирания.
Околна среда: 40 °C, морско равнище; Честота на носещия сигнал = 4 kHz (минимално намаляване).
Спиране: Бързите спирания са задължителни, за да се предотврати натрупване на продукт.
Път на вземане на решение:
- Ток: Непрекъснатият ток на задвижването трябва да бъде ≥ 7.6 A.
- Претоварване: Изберете задвижване с рейтинг CT, което изрично гарантира 150% претоварване за 60 секунди. Ако най-близкият размер рамка предлага само 120%, изберете следващия по-голям размер.
- Спирачно оборудване: Добавете комплект динамичен спирачен резистор (DBR), оразмерен според ръководството на задвижването, за да поеме енергията от бързото забавяне.
Резултат: VFD с рейтинг CT (потенциално с един размер рамка по-голям от минималния HP рейтинг) с инсталиран комплект DBR.
ЧЗВ: Практически опит в прилагането на VFD
1. Трябва ли някога да избирам VFD с размер над FLA на мотора, дори за лека употреба?
Отговор, базиран на опит: Да, абсолютно. Трябва да увеличите размера, когато факторите за намаляване (висока температура, голяма надморска височина или висока честота на носещия сигнал) намаляват наличния ток под FLA на мотора ви. Освен това, увеличаването на размера осигурява важен термичен резерв. Този допълнителен резерв предотвратява нежелани спирания по време на периоди с висока околна температура (летни пикове) или когато поддръжката се отлага (например запушени филтри в шкафа).
2. Мога ли да управлявам няколко мотора от един VFD?
Технически отговор: Можете, при условие че изходният ток и възможността за претоварване на задвижването са достатъчни да покрият сумата от всички FLA на моторите. Въпреки това, трябва да осигурите индивидуална, външна защита от претоварване за всеки мотор, тъй като вътрешната защита на задвижването често следи само общия му изход. Също така, потвърдете, че задвижването е изрично оценено от производителя за работа с няколко мотора.
3. Коя е най-голямата грешка, която виждате при ретрофит на по-стари системи за фабрична автоматизация с нови VFD?
Наблюдение на автора: Най-честата грешка е пренебрегването на качеството на входящото захранване и съществуващото оборудване за корекция на фактора на мощността. Новите VFD, макар и ефективни, въвеждат хармоници в линията. При ретрофит винаги проверявайте дали системата изисква линейни реактори или пасивни/активни филтри, за да отговаря на стандартите за качество на захранването като IEEE 519. Това предотвратява смущения с други чувствителни контролни системи на същата шина.
Ubest Automation решения
За по-задълбочена техническа консултация, персонализирани VFD решения или инженерна поддръжка, специфична за приложението, моля посетете уебсайта на Ubest Automation Limited. Ние сме специализирани в здрави, високопроизводителни VFD приложения за всички области на индустриалната автоматизация. Кликнете тук, за да разгледате нашия асортимент от услуги и продукти.