Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Użyteczny zakres prędkości silnika regulowanego falownikiem

05 Aug 2012 22:40 3293 18
  • Level 10  
    Witam,

    Na rozpoznaniu zagadnienia sygnalizowanego w temacie spędziłem mało intensywnie kilka ostatnich tygodni, a mocno intensywnie trzy czwarte dnia dzisiejszego. Jednoznacznego rozstrzygnięcia dylematu nie znalazłem, co może być spowodowane:

    1. Małą skutecznością mojego szukania.

    2. Często pojawiającymi się opiniami rozbieżnymi w temacie na forum elektroda.

    3. Dużą ilością postów sprzed kilku lat traktujących o temacie, których wartość merytoryczna mogła się zdewaluować wobec postępu w automatyce/elektrotechnice.

    Wobec powyższego proszę o odpowiedź na jedno jedyne pytanie – jaki jest użyteczny zakres prędkości trójfazowego silnika asynchronicznego prądu przemiennego regulowanego falownikiem wektorowym zasilanym z sieci 230V? Chodzi oczywiście o silnik z tak zwanym chłodzeniem obcym.

    Przez zakres użyteczny rozumiem, że na niskich obrotach nie szarpie i nic się nie pali, a na wysokich łożyska jeszcze dają radę, i to nie na krótko, a moment obrotowy jest przyzwoity.

    Pytanie dotyczy następujących warunków:

    1. Silnik:

    wariant a) 1,1kW, 1500rpm
    wariant b) 1,1kW, 3000rpm
    wariant c) 1,5kW, 1500rpm
    wariant d) 1,5kW, 3000rpm

    2. Silnik startuje bez obciążenia.

    3. Silnik w trakcie pracy jest słabo obciążony.

    4. Nie ma przekładni – narzędzie robocze jest zamontowane bezpośrednio na wale silnika.

    5. Czas jednego cyklu pracy wynosi od kilkudziesięciu sekund do kilkunastu minut.

    6. Szacowana ilość cykli bezpośrednio następujących po sobie to nie więcej, niż 20/24h.

    Bardzo będę wdzięczny za wszelkie odpowiedzi, sugestie i rady – mam teraz dwa tygodnie urlopu i jest to sprzyjający czas, aby popchnąć do przodu budowę wymyślonego przeze mnie urządzenia. Dobór silnika warunkuje dalszy postęp prac.

    Pozdrawiam
    [30.03.2021, darmowy webinar] Nowoczesna diagnostyka maszyn, monitorowanie i przewidywanie awarii. Zarejestruj się
  • Level 36  
    Jeśli chodzi o regulację prędkości obrotowej poprzez u/f to częstotliwość powinna być ustawiona w zakresie 10Hz - 50/60Hz. Powyżej częstotliwości znamionowej następuje spadek (w kwadracie) momentu obrotowego silnika. Dolny zakres związany jest z chłodzeniem silnika.
  • Level 10  
    To bardzo cenna informacja, za co dziękuję, jednak dla mnie nie w pełni zrozumiała.

    Szczerze mówiąc, liczyłem na odpowiedź, która wyrazi użyteczny zakres obrotów w procentach obrotów nominalnych, czyli czy jest to 10%-100%, czy 50%-120%, czy może 50%-100%?

    Szczególnie interesuje mnie dolna granica, gdyż górnej nie zamierzam przekraczać.

    Dodano po 2 [godziny] 35 [minuty]:

    Wydaje mi się, że wskazówką dla mnie może być ta oto formuła:

    n = 60*f*(1-s)/p

    Według tego dla owych 10Hz oraz przyjętego poślizgu 10% przy nominalnych 3000rpm można zejść do około 520rpm, a przy nominalnych 1500rpm można zejść do około 260rpm.

    A co na to praktyka?
  • Level 34  
    Praktyka mówi, że zachowanie silnika zależy od maszyny ją obciążającej, o której nic nie napisałeś.
    Przy 10Hz kompresor nie ruszy a wentylator będzie pracował znakomicie.
    10Hz to jest 20% obrotów znamionowych i wyciśniesz wtedy maksymalnie 20% mocy znamionowej silnika.
    Nie wiem czy Twoją maszynę taka moc "zadowoli".
  • Level 10  
    Tak jak pisałem, maszyna będzie startować bez obciążenia. W trakcie pracy będzie słabo obciążana. Ma to być precyzyjna przecinarka do metalu (pisałem o tym w innym wątku, ale wątek zdechł).

    W takim cięciu chodzi o to, aby materiału ciętego nie przegrzać, wydajność ma tu drugorzędne znaczenie. W opisywanym zagadnieniu mamy kilka zmiennych:

    1. Średnica narzędzia tnącego.
    2. Obroty.
    3. Nacisk, czyli prędkość podawania materiału na narzędzie tnące.
    4. Materiał narzędzia tnącego.
    5. Typ i prędkość podawania chłodziwa.

    Wielomiesięczne studiowanie tematu pokazało, że różnie się do tego podchodzi. Pewna wiodąca firma w branży stosuje metodykę polegającą na tym, że obroty i średnice narzędzia tnącego ustaliła jako stałe (fi300mm/150rpm oraz fi300mm/300rpm co daje odpowiednio prędkości liniowe 2,4m/s oraz 4,7m/s) a z pozostałych parametrów uczyniła zmienne.

    Z kolei inni producenci tego typu przecinarek zdają się iść inną drogą, gdyż produkują maszyny tego typu o szerokich zakresach prędkości obrotowych o zróżnicowanych mocach z zakresu 100W do 8kW. Jak to realizują, nie wiem - są dosyć powściągliwi w udzielaniu informacji.

    U siebie założyłem, że dla przewidywanej mocy silnika 1,1 lub 1,5kW tarcza fi300mm, to zdecydowanie za dużo, będzie więc 125mm. Chcąc zachować wspomniane wyżej prędkości liniowe będę musiał działać w zakresie prędkości około 370obr/min oraz 670obr/min. Gdybym oczywiście chciał stosować metodykę wspomnianego producenta. Wtedy musiałbym poszukać silnika o innych parametrach niż tych opisanych w pierwszym poście i dobrać do tego sensowne sterowanie.

    Mogę też trzymać się obranej wstępnie drogi i dobrać do tego odpowiednie materiały eksploatacyjne (tarcze tnące) dla różnych obrotów. I raczej przy tym zostanę.

    Odpowiadając zaś na pytanie główne powiem, że wydaje mi się, że ta stosunkowa mała moc w niskim zakresie obrotów maszynkę zadowoli - materiał będzie podawany powoli na narzędzie tnące (czyli z małym naciskiem) a szybkość zakończenia operacji nie będzie miała znaczenia. No i to przypuszczenie może potwierdzać fakt, że istnieje pewien model tego typu maszyny, który przy mocy 100W tnie stalowe detale do fi50mm a pracuje to to w zakresie 0-1000rpm.
  • Level 28  
    1) można już obracać silnik od 0,5Hz z pełnym momentem,
    2) koniecznie enkoder,
    3) chlodzenie wymuszone obce,
    4) dla obrotów 0-1000obr/min napewno nie zda egzaminu silnik 3000obr/min,
    5) falownik profesjonalny, napewno nie LG

    Zalecam silnik 6polowy, obroty znamionowe ok950obr/min, plus enkoder. Obroty zawsze można zwiększyć o 20% bez utraty mometu.
    Czyli w tym wypadku stabilne obroty od ok. 10-1200obr/min.

    Firmowy falownik plus enkoder na 100% świetnie się spisze w tej aplikacji, tzn. utrzyma stabilne obroty niezaleznie od obciążenia.
  • Level 20  
    12robert12 wrote:

    4) dla obrotów 0-1000obr/min napewno nie zda egzaminu silnik 3000obr/min,


    Dlaczego? Będzie co najwyżej mniejsza dokładność regulacji.

    12robert12 wrote:

    Firmowy falownik plus enkoder na 100% świetnie się spisze w tej aplikacji, tzn. utrzyma stabilne obroty niezaleznie od obciążenia.


    Firmowy ale "skalarny" też nie da rady - potrzebny jest falownik wektorowy
  • Level 10  
    No i się klaruje. Kilka pytań pomocniczych:

    1. Proszę rozwinąć zagadnienie enkodera.

    2. Silnik 6polowy, czyli 2p=6, czyli liczba par biegunów równa 3? Może mi się zdaje, ale chyba natknąłem się gdzieś tu na posta, według którego sterowanie silnikiem 2p=6 za pomocą falownika robi się nieco bardziej skomplikowane (a może kosztowniejsze). Czy to prawda?

    3. Co rozumiemy pod pojęciem "falownik profesjonalny"?

    4. Jakie byłyby orientacyjne koszty elektroniki do proponowanej aplikacji, czyli koszt falownika plus enkodera?
  • Level 36  
    noplis wrote:
    Firmowy ale "skalarny" też nie da rady - potrzebny jest falownik wektorowy
    Dlaczego? Skoro ma być zastosowany enkoder jako sprzeżenie zwrotne.
  • Level 10  
    noplis wrote:
    Firmowy ale "skalarny" też nie da rady - potrzebny jest falownik wektorowy


    To zostało już podane jako, nazwijmy to, dana wejściowa w pierwszym moim poście w tym temacie.
  • Level 20  
    "Skalar" nie utrzyma znamionowego momentu przy najniższych prędkościach
  • Level 36  
    noplis wrote:
    Skalar" nie utrzyma znamionowego momentu przy najniższych prędkościach
    Rozumiem, że w przypadku silnika klatkowego poniżej 20% (10Hz) prędkości znamionowej nie schodzimy?
  • Level 28  
    :arrow: noplis

    Zgadzam się z Tobą, musi to być falownik ze sterowaniem wektorowym i sprzeżeniem zwrotnym z enkodera. Co do firmowego nie będę robił reklamy, chodzi mi o to, że te tańsze falowniki mają problem z utrzymaniem niskich częstotliwości (to z pratyki).
    Przy skalarze obroty zależą m.in. od obciążenia. Zresztą chyba przy sprzężeniu z enkoderem to tylko sterowanie wektorowe występuje.

    I praktycznie w takiej aplikacji jak przedstawiłem to przy dużym obciążeniu może być na falowniku np. 20Hz a silnik obracać się stabilnie np. 10obr/min - trochę przesadziłem :)


    Dla niedowiarków polecam założyć koło pasowe na mały silnik i spróbować konfiguracji:
    1) sterowanie skalarne,
    2) sterowanie wektorowe bezczujnikowe
    3) sterowanie wektorowe z enkoderem

    Spróbujcie przyhamować na małej prędkości obrotowej koło pasowe, podajcie mi tu spostrzeżenia z tego doświadczenia.


    Quote:


    4) dla obrotów 0-1000obr/min napewno nie zda egzaminu silnik 3000obr/min,

    Dlaczego? Będzie co najwyżej mniejsza dokładność regulacji.


    1) większe problemy z chłodzeniem silnika z 1 parą biegunów
    2) silnik nie będzie wykorzytany w 100%


    Akurat autor uparł się chyba na silnik asynchroniczny a rozwiązań może być wiele - każde ma swoje wady i zalety:
    a) silnik DC (minus - zużywanie się szczotek)
    b) przekładnia mechaniczna bezstopniowa (cena)
    c) serwonapęd (cena)
    d) rozwiązania starodawne jak silnik schrage-richtera :)
    ...



    Koszt enkoder, falownik, osprzęt w szafie falownika szacuje na ok. 3500zł
  • Level 10  
    kosmos99 wrote:
    Rozumiem, że w przypadku silnika klatkowego poniżej 20% (10Hz) prędkości znamionowej nie schodzimy?



    12robert12 wrote:
    1) można już obracać silnik od 0,5Hz z pełnym momentem


    :?:

    Dodano po 12 [minuty]:

    12robert12 wrote:

    Akurat autor uparł się chyba na silnik asynchroniczny a rozwiązań może być wiele - każde ma swoje wady i zalety:
    a) silnik DC (minus - zużywanie się szczotek)
    b) przekładnia mechaniczna bezstopniowa (cena)
    c) serwonapęd (cena)
    d) rozwiązania starodawne jak silnik schrage-richtera :)


    Nie do końca się uparł:

    ad. a) Rozważałem, mały zakres wiedzy w tym kierunku. Wiem jedynie tyle, że w tym przypadku przy rozważanych mocach występują już dosyć duże prądy, z czym może być problem. Poza tym silnik szczotkowy hałasuje, co do moich zastosowań go dyskwalifikuje. Czytałem też o bezszczotkowych silnikach DC, ale chyba za mało.

    ad. b) Nie znam zagadnienia, choć spotkałem się z tym w innych aplikacjach, w których raczej się to nie sprawdzało (napęd rowerów).

    ad. c) O wysokich cenach wiem, o korzyściach z tego płynących mało

    ad. d) Rozumiem, że to jakiś jakiś żart, ale jeżeli to tanie a skuteczne, chętnie dowiem się czegoś więcej.
  • Level 28  
    :arrow: gregor1975

    Quote:
    ad. b) Nie znam zagadnienia, choć spotkałem się z tym w innych aplikacjach, w których raczej się to nie sprawdzało (napęd rowerów).


    poczytaj o:

    a) wariator mechaniczny - plus - niska cena(ok 800zł), minus - minimalne obroty ok 300obr/min utrata momentu obrotowego

    b) wariator hydrostatyczny - plus - stabilne obroty od 50obr/min bez utraty momentu, łatwość regulacji, prostota , minus - cena dla 1kW ok. 2600zł, ale i tak taniej niż cały komplet falownik plus enkoder.

    Myślę, że dla laika przekładnia hydrostatyczna jest to najlepsze rozwiązanie - prostota montażu i obsługi, bezawaryjność (w razie wycieku oleju dolać:) ).
    Przy montażu nie przeciążać poprzecznie wałka wyjściowego (łożyska) i będzie hulać latami.
  • User removed account  
  • Level 10  
    Poczytałem trochę o tych wariatorach i sprawa ma się tak (dla przykładowego silnika 1,1kW, ~1400rpm):

    mechaniczny: n = 165-950rpm, moment na wyjściu M = 9-18Nm, cena 600PLN netto

    hydrostatyczny: n = 50-1430rpm, moment na wyjściu M = 5,5Nm, moment rozruchowy M = 23Nm, cena 2600PLN netto

    Albo w opisie jest błąd, albo ta hydrostatyka do pewnych zastosowań wcale nie jest taka rewelacyjna.

    Wydaje mi się, że do moich zastosowań, tym bardziej uwzględniając cenę, bardziej korzystne byłoby zastosowanie wariatora mechanicznego.
  • Level 10  
    Ostatnia seria pytań:

    Stwierdziłem, że do mojej aplikacji rzeczywiście układ przekładnia plus dodatkowe sterowanie będzie optymalny. Niestety przekładnia pasowa odpada, choć jest banalnie tania i prosta w wykonaniu - zależy mi na kompaktowych wymiarach urządzenia, poza tym układ napędowy będzie regulowany w osi Z i nie widzę w takim wypadku sensownego rozwiązania napinania pasa.

    Postanowiłem, że dam wariator mechaniczny i ewentualnie falownik. Przy wybranym modelu wariatora dla silnika o obrotach nominalnych 2800rpm uzyskam zakres na wyjściu od około 330 do 1900rpm.

    Pytanie brzmi:

    Jak nisko mogę zejść z częstotliwością na falowniku, aby nie było konieczności stosowania silnika z obcym chłodzeniem. Zejście z obrotami do 50% obrotów nominalnych zupełnie by mnie zadowoliło, uzyskam wtedy na wyjściu około 165rpm i to mi starczy.

    I drugie pytanie - potencjalny sprzedawca przedstawił ofertę interesującego mnie silnika w dwóch wersjach - "zwykła" z momentem hamującym 6Nm i specjalna z momentem hamującym 20Nm. Czy stosując ten drugi typ można jednak pomyśleć o eliminacji przekładni z urządzenia?
  • Level 36  
    gregor1975 wrote:
    Jak nisko mogę zejść z częstotliwością na falowniku, aby nie było konieczności stosowania silnika z obcym chłodzeniem. Zejście z obrotami do 50% obrotów nominalnych zupełnie by mnie zadowoliło, uzyskam wtedy na wyjściu około 165rpm i to mi starczy.

    Czyli 25Hz, więc można.
    gregor1975 wrote:
    I drugie pytanie - potencjalny sprzedawca przedstawił ofertę interesującego mnie silnika w dwóch wersjach - "zwykła" z momentem hamującym 6Nm i specjalna z momentem hamującym 20Nm. Czy stosując ten drugi typ można jednak pomyśleć o eliminacji przekładni z urządzenia?

    Moment a obroty to dwie różne wielkości.