Kuidas valida õiget VFD-d pumpade, ventilaatorite ja konveierite jaoks

Variable Frequency Drive (VFD) vale kasutamine põhjustab mootori enneaegset riket, häirivat väljalülitamist ja protsessi seisakuid. Õige ajami valimine eeldab koormuse profiilide, elektrilise tegelikkuse ja pikaajaliste toevajaduste analüüsimiseks enamat kui põhiliste hobujõudude sobitamist. Inseneridel ja rajatiste haldajatel on sageli raskusi esialgsete kapitalikulude tasakaalustamisega pikaajalise töökindlusega. Ajami määramine ilma käivitusmomenti, keskkonnaohtusid, harmoonilisi moonutusi või sisendvõimsuse konfiguratsioone arvesse võtmata võib süsteemi katastroofiliseks rikkeks.

See juhend pakub süstemaatilist ja esmalt tehnilist raamistikku õige VFD hindamiseks ja täpsustamiseks koormuse karakteristikute põhjal, mis käsitleb konkreetselt muutuva pöördemomendi (pumbad ja ventilaatorid) ja konstantse pöördemomendi (konveierid) rakenduste erilisi nõudeid.

• Suurus FLA, mitte HP järgi: VFD suurus põhineb alati mootori täiskoormuse ampritel (FLA), mitte hobujõududel, et võtta arvesse töö ebaefektiivsust ja tippvooluvajadust.

• Sobitage koormusprofiil: pumpade ja ventilaatorite VFD nõuab tavaliselt 'Normal Duty' reitingut (muutuv pöördemoment), samas kui konveierid nõuavad suure käivitusinertsiga toimetulemiseks 'Heavy Duty' reitingut (pidev pöördemoment).

• Kontrollige pinget ja juhtmestikku. Ühendage alati rajatise sisendvõimsus VFD-ga ja veenduge, et mootori spetsiifiline juhtmestiku konfiguratsioon (Delta/Wye) ühtiks ajami väljundiga.

• Arvestage keskkonda: ümbritseva õhu temperatuur, kõrgus merepinnast ja õhus leiduvad saasteained määravad vajaliku NEMA/IP ümbrise reitingu ja termilise vähenemise arvutused.

• Elektririskide vähendamine: arvestage liinireaktorite või harmooniliste filtrite maksumust ja füüsilist jalajälge, et kaitsta mootori isolatsiooni ja vastata IEEE 519 toitekvaliteedi standarditele.

Kuidas laadimise tüüp mõjutab VFD valikut

Peamine filter mis tahes ajami valimisel on mehaaniline koormusprofiil. Enne elektriliste spetsifikatsioonide vaatamist peate määratlema kriitilise erinevuse muutuva pöördemomendi ja konstantse pöördemomendi vahel. Koorma tüübi tuvastamata jätmine tagab halva jõudluse tehase põrandal. Ventilatsiooniventilaatorile mõeldud ajam rakendub koheselt liigvoolurikke korral, kui ühendate selle täislastis konveierilindiga. Peate sobitama draivi ülekoormusvõime juhitava seadme mehaanilise tegelikkusega.

VFD valimine pumpade ja ventilaatorite jaoks

Tsentrifugaalkoormused, nagu pumbad ja ventilaatorid, järgivad afiinsusseadusi: pöördemoment suureneb kiiruse ruuduga, samas kui võimsus suureneb koos kuubikuga. Näiteks 50% kiirusel töötav ventilaator vajab täiskiirusel vaid umbes 12,5% vajalikust võimsusest, mis seletab HVAC- ja vedelikusüsteemides võimalikku olulist energiasäästu.

Kuna pumbad ja ventilaatorid nõuavad suhteliselt väikest käivitusmomenti, a pumpade ja ventilaatorite jaoks . Tavaliselt piisab VFD-st 'Normal Duty' reitinguga Need ajamid pakuvad tavaliselt 110% kuni 120% ülekoormusvõimet 60 sekundiks, pakkudes käivitamiseks piisavalt võimsust ilma tarbetu ülemõõtmiseta, säilitades samal ajal suure energiatõhususe vähendatud kiirustel.

Ülaltoodud tabel illustreerib, miks muutuva pöördemomendiga rakendused toovad tohutut tõhusust. Mootori kiiruse vähendamine vaid 10% võrra vähendab energiatarbimist peaaegu 27%. See mehaaniline reaalsus eeldab, et ajam peab algse tõusufaasi ajal hakkama saama ainult standardsete töövooludega minimaalse ülekoormusega.

Konveierite VFD valimine

Konveierid, ekstruuderid ja mahuga pumbad nõuavad pidevat pöördemomenti kogu oma kiirusvahemikus. Erinevalt pumpadest ja ventilaatoritest vajavad need staatilise hõõrdumise ületamiseks sageli suurt käivitusmomenti, eriti kui käivitatakse suure koormuse all.

Need rakendused nõuavad tavaliselt 'Heavy Duty' VFD-sid, millel on 150–200% ülekoormusvõime 60 sekundi jooksul. See lisavool aitab täislastis konveieril käivituda ilma komistamata ja võimaldab sellistel seadmetel nagu purustid või ekstruuderid toime tulla mehaanilise takistuse ajutise suurenemisega.

Pidurdusnõuded on samuti olulised. Langevad konveierid, tõstukid ja suure inertsiga koormused võivad aeglustamise ajal genereerida regeneratiivset energiat, saates pinge tagasi VFD alalisvoolu siinile. Selle energia ohutuks hajutamiseks ja ülepingehäirete vältimiseks võib vaja minna väliseid piduritakisteid.

Kuidas määrata oma mootori jaoks VFD suurust

Õigete tehniliste parameetrite määramine tagab, et ajam sobib mootoriga täpselt ja ohutult. Selle faasi oletused põhjustavad isolatsiooni sulamist, kaitsmete läbipõlemist ja seadmete kahjustamist. Peate hoolikalt lugema mootori andmesilt ja viima selle tehnilised andmed vastavusse ajami väljundvõimsustega.

Miks täiskoormuse amprite (FLA) järgi suuruse määramine ei ole läbiräägitav?

Ärge kunagi mõõtke VFD-d ainult hobujõudude järgi. Sama HP reitinguga mootorid võivad sõltuvalt tõhususest, võimsustegurist ja pooluste arvust võtta erinevaid voolusid. Näiteks võib 6-pooluseline mootor võtta rohkem voolu kui 2-pooluseline sama hobujõuga mootor.

Selle asemel määrake VFD vastavalt mootori andmesildile Full Load Amps (FLA). Ajami pidev väljundvool peaks olema võrdne mootori FLA-ga või ületama seda. Kui mootori nimivõimsus on 65 amprit, peab VFD pidevalt andma vähemalt 65 amprit. FLA kasutamine aitab vältida ülekoormust ja tagab, et draiv suudab töö ajal piisavalt voolu anda.

Sisendvõimsuse ja mootori pinge sobitamine

Rajatise toiteallikas peab vastama VFD sisendpingele. 460 V draivi ühendamine 230 V vooluvõrku võib põhjustada alapinge rikke, samas kui 230 V draivi ühendamine 460 V pingega võib kahjustada sisemisi komponente. Enne ajami valimist kontrollige alati tegelikku võrgupinget.

Mootori juhtmestik peab vastama ka VFD väljundpingele. Paljud tööstuslikud mootorid toetavad Delta või Wye juhtmestikku kasutades topeltpingeid, näiteks 230/460 V. Vale juhtmestik võib põhjustada madalat pöördemomenti, liigset libisemist ja ülekuumenemist.

Ühefaasiline sisend nõuab erilist tähelepanu ka kolmefaasilise mootori toitel VFD kaudu. Suurema sisendvoolu ja täiendava termilise pingega toimetulemiseks võib olla vaja ajamit vähendada või üle mõõta. Järgige alati tootja ühefaasiliste sisendrakenduste suuruse nõudeid.

Mootori ühilduvus ja isolatsiooni pinge

Mitte kõik mootorid ei saa hakkama kaasaegse ajami elektrilise väljundiga. Peate hindama erinevust standardmootorite ja invertermootorite vahel. Invertermootorid vastavad NEMA MG1 osa 31 standarditele. Neil on täiustatud mähise isolatsioon, mis on loodud taluma impulsilaiuse modulatsiooni (PWM) tekitatud karmi elektrikeskkonda.

Ajamid loovad nähtuse, mida nimetatakse peegeldunud laineteks ehk dV/dt. Isoleeritud paisuga bipolaarsete transistoride (IGBT) kiire ümberlülitamine saadab mootorikaablit mööda kõrgsageduslikke pingeimpulsse. Kui kaabel on piisavalt pikk, peegelduvad need impulsid mootori klemmidelt ja kuhjuvad sissetulevate impulsside peale. See tekitab tavalises 480 V süsteemis pinge hüppeid, mis võivad ületada 1600 volti. Need piigid söövad ära tavalise mootoriisolatsiooni, põhjustades lühiseid ja katastroofilisi mootoririkkeid.

Mootori kaitsmiseks kehtestage ranged juhised maksimaalsete kaablite pikkuste kohta:

1. 0 kuni 50 jalga: standardne paigaldus. Inverteriga töötavate mootorite puhul ei ole tavaliselt vaja täiendavat väljundfiltreerimist.

2. 51 kuni 150 jalga: paigaldage ajami klemmidele 3% või 5% väljundkoormusreaktor, et summutada pinge hüppeid.

3. 151 kuni 300 jalga: paigaldage spetsiaalne dV/dt filter, et aeglustada pinge tõusu aega ja kaitsta mähiseid.

4. Üle 300 jala: paigaldage siinuslainefilter, et teisendada PWM-signaal tagasi sujuvaks sinusoidaalseks lainekujuks.

VFD paigaldus ja keskkonnanõuded

Paigalduskoha füüsiline tegelikkus määrab riistvara valiku sama palju kui elektrinõuded. Tundliku elektroonika paigutamine karmi keskkonda ilma nõuetekohase kaitseta tagab lühikese eluea. Enne spetsifikatsiooni lõplikku koostamist peate hindama õhus levivaid saasteaineid, ümbritsevat soojust ja kõrgust merepinnast.

Õige korpuse reitingu valimine (NEMA/IP)

Korpuse reitingud määravad, kui hästi seade on tolmu, vee ja füüsilise sissetungi vastu. Vale korpuse valimine põhjustab jahutusradiaatorite saastumist, juhtpaneelide lühise ja enneaegset ajami riket.

Kui paigaldate NEMA 1 draivi tolmusele tehasepõrandale, imbuvad tahked osakesed jahutusventilaatoritesse. See tolm toimib sisemiste jahutusradiaatorite kohal isoleeriva tekina, põhjustades ajami ülekuumenemise ja komistamise. Sobitage korpus alati rajatise halvimate keskkonnatingimustega.

Soojusjuhtimine ja alandamise tegelikkus

Kuumus on tahkiselektroonika peamine vaenlane. Kõrge ümbritseva õhu temperatuur nõuab seadme vooluvõimsuse vähendamist. Enamiku tööstuslike ajamite täielik võimsus on määratud temperatuuril 40 °C (104 °F). Kui ümbritseva õhu temperatuur juhtpaneeli sees ületab selle läve, peate vähendama maksimaalset pideva voolu nimiväärtust vastavalt tootja amortisatsioonikõverale. Kui seda ei tehta, lülitub seade välja ületemperatuuri rikke tõttu.

Kõrgus mõjutab ka jahutuse tõhusust. Kõrgel kõrgusel olev õhem õhk neelab sisemistest jahutusradiaatoritest vähem soojust. Kõrguse vähenemine algab tavaliselt üle 1000 meetri (3300 jalga). Iga 100 meetri kohta sellest baasjoonest kõrgemal kaotate üldiselt 1% draivi praegusest võimsusest. Kui paigaldate mägedes kõrgmäestiku kaevandamisel varustust, peate hõreda õhu kompenseerimiseks ajami üle mõõtma.

Korralik õhuvool juhtpaneelide sees on vaieldamatu. Järgige täpselt tootja lubatud vaba ruumi nõudeid. Seadme kohale, alla ja kõrvale piisava ruumi jätmine tagab, et sisemised jahutusventilaatorid suudavad kuuma õhu tõhusalt välja tõmmata. Liiga paljude komponentide toppimine väikesesse korpusesse loob surnud tsoonid, kuhu soojus koguneb kiiresti. Kui paigaldate ühte kappi mitu draivi, nihutage need nii, et alumisest seadmest väljuv heitgaas ei satuks otse ülemise seadme sisselaskeavasse.

VFD juhtimismeetodid ja sidevalikud

Peate hindama, kuidas seadmed suhtlevad mehaanilise protsessi ja laiema rajatise juhtimissüsteemiga. Juhtimismeetod määrab, kui täpselt mootor kiiruskäsku järgib. Sideprotokollid määravad, kui hõlpsalt saab hooldusmeeskond jõudlusandmeid jälgida.

Voldid hertsi kohta (V/Hz) vs sensorita vektorjuhtimine (SVC)

Voltide hertsi kohta (V/Hz) juhtimine on standardne ja kulutõhus valik tsentrifugaalrakenduste jaoks. See säilitab pinge ja sageduse lineaarse suhte. See meetod sobib suurepäraselt a VFD töötab standardse ventilatsiooniventilaatori või jahutustorni pumbaga. V/Hz juhtimist on lihtne häälestada ja see ei nõua mootori keerulisi matemaatilisi mudeleid. Siiski on sellel raske pöördemomenti väga madalatel pööretel tekitada.

Sensorless Vector Control (SVC) on vajalik konveierite, ekstruuderite ja raskete koormate jaoks. SVC kasutab mootori rootori täpse asukoha arvutamiseks sisemist matemaatilist mudelit ilma füüsilist kodeerijat vajamata. See võimaldab ajamil eraldada magnetiseeriva voolu pöördemomenti tekitavast voolust. Tulemuseks on tohutu pöördemoment madalatel pööretel ja uskumatult tihe kiiruse reguleerimine. Kui teil on vaja rasket konveierilinti sujuvalt edasi lükata ilma seiskumiseta, peate kasutama SVC-d.

I/O ja sideprotokollid

Hinnake oma analoog- ja digitaalse sisendi/väljundi nõudeid kohaliku juhtimise jaoks. Käivitus-/seiskamiskäskude, edasi-/tagasilülitamise ja tõrkete lähtestamise jaoks on vaja digitaalsisendeid. Vajate analoogsisendeid (tavaliselt 4–20 mA või 0–10 V), et saada rõhuanduritelt, temperatuurianduritelt või voolumõõturitelt kiiruse viiteid. Veenduge, et draivil oleks piisavalt sisemisi terminale, et saaksite hakkama teie konkreetse anduri massiiviga, ilma et oleks vaja kalleid laienduskaarte.

Hinnake PLC- ja SCADA-kommunikatsiooni tööstuslike võrkude integreerimise vajadusi. Kaasaegsed rajatised toetuvad prognoositava hoolduse ja protsesside optimeerimise jaoks võrku ühendatud andmetele. Määrake õige sidekaart eelnevalt. EtherNet/IP on Põhja-Ameerika tootmise standardvarustus. Modbus TCP/RTU on levinud veetöötluses ja HVAC-is. PROFINET domineerib Euroopas disainitud masinate üle. Ajami integreerimine jaamavõrku võimaldab operaatoritel jälgida mootori voolu, veakoode ja energiatarbimist reaalajas otse juhtimisruumist.

VFD vs pehme starter: kumba peaksite valima?

Insenerid teevad mõnikord lihtsaid süsteeme üle. Mitte iga mootor ei vaja muutuva kiiruse reguleerimist. Peate pakkuma selget raamistikku juhuks, kui muutuva sagedusega ajam pole vajalik ja pehme starter on parem valik.

Millal valida selle asemel pehme starter

Valige pehme starter, kui rakendus nõuab käivitamisel ainult mehaanilist löökide vähendamist. Pehme starter kasutab türistoreid (Silicon Controlled Rectifiers), et järk-järgult tõsta mootorile antavat pinget. See piirab sisselülitusvoolu ja hoiab ära rihmade lõhkumise, hammasrataste lahtihaakumise või torude veehaamri. Kui mootor saavutab täiskiiruse, sulgub sisemine möödaviigukontaktor, mis ühendab mootori otse vooluvõrku ja eemaldab pooljuhtkomponendid vooluringist.

Kui protsess ei vaja töötsükli ajal kiiruse reguleerimist, on pehme starter väga tõhus. Pump, mis lihtsalt täidab täiskiirusel mahuti ja seejärel lülitub välja, ei vaja pidevat kiiruse moduleerimist. Pehmed starterid on väiksemad, tekitavad töötsükli ajal vähem soojust ja ei tekita elektrivõrgus pärast ümbersõitu harmoonilisi moonutusi. Varuajamid rakenduste jaoks, kus kiiruse moduleerimine tagab protsessi käegakatsutava paranemise või mõõdetava energiasäästu.

Järeldus

1. Kontrollige oma mootori andmeplaate ja registreerige täpsed täiskoormuse amprid (FLA) ja pinge enne ajamikataloogide vaatamist.

2. Nõutava ülekoormusvõime määramiseks klassifitseerige oma mehaaniline koormus muutuva pöördemomendi või konstantse pöördemomendina (tavaline koormus vs raskeveojõud).

3. Mõõtke tegelik võrgupinge paigalduskohas ja veenduge, et mootori juhtmestiku konfiguratsioon ühtib ajami väljundiga.

4. Arvutage kaabli kaugus ajami ja mootori vahel, et teha kindlaks, kas isolatsiooni kaitsmiseks on vaja koormusreaktoreid või dV/dt filtreid.

5. Õige NEMA ümbrise valimiseks ja termilise vähendamise valemite rakendamiseks kontrollige ümbritseva õhu temperatuuri, õhus leiduvaid saasteaineid ja paigalduskoha kõrgust.

KKK

K: Kas ma saan kolmefaasilist mootorit ajamiga ühefaasilise toitega käitada?

V: Jah. Saate anda ühefaasilise toite kolmefaasilisele ajamile, mis annab mootorile kolmefaasilise toite. Siiski peate kahekordistama draivi võrreldes mootori FLA-ga, et tulla toime suurenenud termilise pingega sisendalalditele ja alalisvoolu siini kondensaatoritele.

K: Miks lülitub konveieri seiskumisel mu ajam liigpinge rikke tõttu välja?

V: Suure inertsiga koormused, nagu konveierid, toimivad kiirel aeglustamisel generaatoritena. See regeneratiivne energia toidab tagasi ajamisse, tõstes alalisvoolu siini pinget. Peate paigaldama dünaamilise pidurdustakisti, et üleliigne energia soojusena ohutult hajutada.

K: Kas ajami kasutamiseks on vaja invertermootorit?

V: Kuigi vanemad standardmootorid võivad mõnikord ajamiga töötada, on see väga riskantne. PWM-lülitus tekitab pingepiike, mis halvendavad kiiresti standardset isolatsiooni. Usaldusväärseks ja pikaajaliseks tööks kasutage alati NEMA MG1 31. osaga ühilduvaid invertermootoreid.

K: Mis vahe on NEMA 1 ja NEMA 12 korpustel?

V: NEMA 1 karbid on lihtsad metallkarbid, mis on mõeldud puhtasse sisekeskkonda. Need ei paku kaitset tolmu ega vee eest. NEMA 12 korpused on suletud õhus lendleva tolmu, mustuse ja tilkuvate mittesöövitavate vedelike eest, mistõttu need sobivad tehasepõrandatele.

K: Kuidas vähendada ajami põhjustatud harmoonilisi moonutusi?

V: Ajamid võtavad voolu mittelineaarsete impulssidena, mis loob elektrivõrgus harmoonilisi. Saate seda leevendada, paigaldades vahelduvvooluliini reaktorid või alalisvoolu drosselid. IEEE 519 rangemaks järgimiseks võite vajada aktiivseid harmoonilisi filtreid või 18-impulssi draive.

K: Kas üks ajam saab juhtida mitut mootorit korraga?

V: Jah, kuid ainult V/Hz juhtimisrežiimis. Kõik mootorid töötavad täpselt sama kiirusega. Ajami pidevvoolu nimiväärtus peab olema suurem kui kõigi ühendatud mootorite FLA summa pluss 10% ohutusvaru. Iga mootor vajab ka individuaalset ülekoormuskaitset.