Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Prąd płynący w uzwojeniu silnika przy falowniku

wirtualnyjan 22 Jul 2016 14:01 6177 32
  • #1
    wirtualnyjan
    Level 7  
    Witam,

    jeden z kierowników u nas w zakładzie uważa, że w silniku z dołączonym falownikiem przy niskich obrotach w uzwojeniu silnika płynie duży prąd, dzięki czemu trzeba zastosować dodatkowe chłodzenie.

    Ja natomiast uważam, że dodatkowe chłodzenie wynika z faktu, że przy niskim prędkościach wentylator wolno (jak silnik) się obraca i niedostatecznie chłodzi. A to, że zachowany jest stały moment obrotowy powoduje, że stały jest strumień elektromagnetyczny, czyli stosunek napięcia do częstotliwości. Jeśli częstotliwość jest niska, to proporcjonalnie musi być niższe napięcie. Skoro napięcie jest niższe a rezystancja uzwojenia stała, to płynący prąd powinien być również mniejszy, prawda?

    Moglibyście rozważyć, kto z nas, ma rację?

    Pozdrawiam
  • #2
    atan48
    Level 11  
    Kurde
    A nie lepiej jest wziąć cęgi i zmierzyć te prądy?
  • #3
    wirtualnyjan
    Level 7  
    Przymierzamy się do projektowania, więc wolimy wszystko przewidzieć, niż testować. Rozważamy teoretycznie i się zastanawiam, kto ma rację.
  • #4
    Strumien swiadomosci swia
    Level 43  
    wirtualnyjan wrote:
    jeden z kierowników u nas w zakładzie uważa, że w silniku z dołączonym falownikiem przy niskich obrotach w uzwojeniu silnika płynie duży prąd, dzięki czemu trzeba zastosować dodatkowe chłodzenie.
    wirtualnyjan wrote:
    Jeśli częstotliwość jest niska, to proporcjonalnie musi być niższe napięcie. Skoro napięcie jest niższe a rezystancja uzwojenia stała, to płynący prąd powinien być również mniejszy, prawda?


    Obaj nie macie kszty racji i proszę nic nie projektujcie.

    Po pierwsze falownik sam piluje żeby nie przekroczyć prądu silnika, po drugie silnik trzeba wentylować obcym wentylatorem przy obniżonych obrotach.

    Prąd silnika ogranicza grubość drutu uzwojenia i tego nie przeskoczysz.
  • #5
    wirtualnyjan
    Level 7  
    No ale to w końcu przy niskich obrotach prąd jest duży, czy mały (wiem, że mało precyzyjne pytanie)?
  • #6
    Strumien swiadomosci swia
    Level 43  
    wirtualnyjan wrote:
    No ale to w końcu przy niskich obrotach prąd jest duży, czy mały (wiem, że mało precyzyjne pytanie)?


    Prąd jest taki jakie obciążenie. To nie zależy czy małe czy duże obroty.
  • #8
    Strumien swiadomosci swia
    Level 43  
    wirtualnyjan wrote:
    Wiec skoro napięcie jest niższe, to zgodnie z prawem Ohma prąd też powinien być mniejszy.


    Silnik to nie rezystor, jakby tak było to całą moc pobrana musiał by się w silniku odłożyć.
  • #9
    djlukas
    Level 27  
    Po to się stosuje falowniki i soft starty, żeby ograniczyć prąd przy rozruchu i małych prędkościach.
  • #10
    bonanza
    Power inverters specialist
    Prąd w przybliżeniu jest taki sam przy małych obrotach, jak i przy max. Chłodzenie przy małych obrotach jest drastycznie słabsze.
    Nie stosuje się tu prawa Ohma w wersji dla prądu stałego, a w normalnych warunkach rezystancja uzwojeń ma nieznaczny wpływ na natężenie. Moc jest proporcjonalna do obrotów, moment w przybliżeniu stały w całym zakresie (obciążenie mechaniczne), napięcie też proporcjonalne do obrotów, a więc natężenie w przybliżeniu nie zależy od obrotów. Inaczej - sprawność silnika jest co najmniej 90%, a moc oddana (mechaniczna - moment x obroty) wiąże się ściśle z mocą pobraną (napięcie x prąd x cos fi).
    Jeśli silnik nie jest obciążony, to możemy go traktować jak indukcyjność - pobór prądu będzie i tak około 50% znamionowego (cos fi będzie bardzo mały, moc czynna mała). Indukcyjność stawia opór bierny (reaktancję) proporcjonalną do częstotliwości. A więc przy nieobciążonym silniku (a także składowa "rozproszona" na silniku obciążonym) prąd będzie wprost proporcjonalny do napięcia, czyli częstotliwości, a odwrotnie proporcjonalny do reaktancji indukcyjnej, czyli L razy f, częstotliwość w liczniku i w mianowniku znosi się czyli prąd znów nie zależy od częstotliwości.
  • #11
    tos18
    Level 40  
    wirtualnyjan wrote:
    Wiec skoro napięcie jest niższe, to zgodnie z prawem Ohma prąd też powinien być mniejszy.

    Uzwojenie silnika to cewka nie rezystor. Cewka ma reaktancję (coś jak opór) a ta zależy od częstotliwości XL=2πfL
    XL-reaktancja
    π-pi
    f-częstotliwość
    L-indukcyjność

    zobacz co się dzieje gdy obniżasz częstotliwość - maleje reaktancja (przy prądzie stałym zostaje tylko rezystancja drutu) wiec przy tym samym napięciu przyłożonym będzie wzrastał prąd. Dlatego przy metodzie U/f falownik wraz ze zmniejszaniem częstotliwości obniża napięcie by nie przekroczyć prądu znamionowego uzwojenia.
    Ponieważ maleją obroty własny wentylator silnika nie wytwarza wystarczającego strumienia powietrza by wystudzić uzwojenia.
  • #12
    djlukas
    Level 27  
    I właśnie dzięki tej zależności możemy rozpędzić silniki nawet do 87Hz. (przy spełnieniu kilku warunków)
  • #13
    User removed account
    User removed account  
  • #14
    Strumien swiadomosci swia
    Level 43  
    micho.no1 wrote:
    W każdym falowniku masz opcje nastawnego przeciążenia 'w funkcji I×t', tak że można sobie z silnika 'pociągnąć' nieco więcej momentu przez określony czas o co wyjątkowo łatwo przy małej prędkości i marnych projektach.

    MMm.
    micho.no1 wrote:
    To nie wszystko, jest też opcja 'forsowania' napięcia przy niskich częstotliwościach aby wykrzesać więcej mocy/momentu z silnika w tych warunkach.


    To że są takie opcje to nie znaczy ze należy ich bez opamiętania nad używać.
    To taka kultura projektowania. O którą trudno jak widzę pytania z tego topicu.
  • #15
    wirtualnyjan
    Level 7  
    Dzięki wszystkim za zainteresowanie tematem, sporo mi się wyjaśniło. Nie jestem pewny czy w dwóch sprawach dobrze zrozumiałem, mianowicie:

    1. Po zastosowaniu falownika przy obciążeniu znamionowym w całym zakresie prędkości obrotowej silnika płynie ten sam prąd (znamionowy). Czyli jeśli mamy obciążenie Ma dla obrotów Na, to płynie nam prąd Aa. I skoro tak, to dla prędkości Nb<Na dla tego samego obciążenia Mb=Ma też będzie płynął prąd Ab=Aa, zmieni się jedynie napięcie, zgodnie z zależnościa U/f. Zmniejszając obciążenie o 50%, prądy również zmniejszą się dla przypadku A i B.

    2. Nawiązując do punktu 1 moc (zgodnie z iloczynem momentu i prędkości) będzie mniejsza w punkcie z mniejszą prędkością obrotową.

    Pozdrawiam
  • #16
    Strumien swiadomosci swia
    Level 43  
    wirtualnyjan wrote:
    (zgodnie z iloczynem momentu i prędkości) będzie mniejsza w punkcie z mniejszą prędkością obrotową.


    Dokłądnie to jest meritum tematu.
  • #17
    User removed account
    Level 1  
  • #18
    Krzysztof Kamienski
    Level 43  
    atan48 wrote:
    Kurde
    A nie lepiej jest wziąć cęgi i zmierzyć te prądy?
    Taaaa, i to bardzo dokladnie :D - nie ośmieszaj sie Kolego.
    Strumien swiadomosci swia wrote:
    Prąd silnika ogranicza grubość drutu uzwojenia i tego nie przeskoczysz.
    Czy tylko :D ??
    micho.no1 wrote:
    Obaj macie częściowo rację, Ty więcej, kierownik mniej. Przy mniejszej prędkości silnika wydajność wentylatora chłodzącego spada z trzecią potęgą i to jest kluczowy element, chłodzenie słabnie nieproporcjonalnie wcześniej, niż straty mocy wydzielane przez silnik.
    Zgoda! Zapomnieliście Panowie, o jednym - to, co podaje falownik na silnik (np. tą zaniżoną częstotliwość, by zaniżyć jego obroty), nijak się ma do standardowej sinusoidy), więc zachodzi także nagrzewanie się materiałów magnetycznych silnika od podwyższonej częstotliwości tzw. ,,nośnej", której wpływ na silnik producenci falowników zawsze podają.
  • #19
    jerry1960
    Level 36  
    Popieram w 100 % kolegę 15kV Maciej że należy monitorować temperaturę silnika, u mnie pompa przeponowa pracuje z częstotliwością 10-20 Hz po około 10-12 godz bez przerwy na standartowym przewietrzniku i temperatura silnika nie przekracza 40 stopni C.
  • #21
    cooltygrysek
    Conditionally unlocked
    Czasem ręce mi opadają jak czytam wasze odpowiedzi. Zadam jedno pytanie o jakim rodzaju falowniku piszecie ? Jeśli o wektorowym to się wszyscy mylicie. W takim falowniku można niezależnie regulować moc jak i prędkość obrotową silnika niezależnie od siebie. Teorie i wyliczenia raczej nie zawsze się sprawdzają w wielu przypadkach.
    Kamieński termistory to opcja do kontroli termicznej stosowana przy napędach silnie obciążonych i jeszcze lepiej przy pracy zwrotnej lub też częstych hamowań i startów. Po za tym lepszym rozwiązaniem jest w niektórych przypadkach pełna kontrola pół wirowych za pomocą wbudowanego w silnik resolvera. Rozwiązanie takie nie dopuszcza do przegrzania uzwojeń nawet w przypadku obciążenia silnika 160%.
  • #22
    wirtualnyjan
    Level 7  
    Ja mówię o falowników inverterowym. Czyli nasze dywagacje nie poszły rozumiem w las :)
  • #24
    cooltygrysek
    Conditionally unlocked
    Falownik inwerterowy ma swoje zalety i wady. Zależy jaki to model i producent. Typ i rodzaj silnika tez ma znaczenie. W waszym przypadku silnik przy małych obrotach w założeniu ze obciążenie jest stałe i moc silnika jest poprawnie dobrana do obciążenia to silnik nie ma prawa się mocno grzać przy niskich obrotach. Błędem jest wasze rozumowanie ze falownik zniża napięcie. Nic takiego nie ma miejsca. Prędkość obrotową uzyskuje się zmieniając częstotliwość sinusoidy oraz podając fazy w odpowiednim momencie. Natomiast pomiary napięcia na zaciskach silnika sterowanego falownikiem za pomocą miernikiem nie wyposażonym w układ TrueRems obarczony jest sporym błędem. Duże znaczenie ma tu falownik a w zasadzie jego prawidłowe ustawienie parametrów dobrane do obciążenia i zastosowanego silnika.
  • #25
    kazikszach
    Level 36  
    cooltygrysek wrote:
    Błędem jest wasze rozumowanie ze falownik zniża napięcie. Nic takiego nie ma miejsca. Prędkość obrotową uzyskuje się zmieniając częstotliwość sinusoidy oraz podając fazy w odpowiednim momencie

    Jak to rozumieć?
    Z moich dawnych doświadczeń z falownikami wynikało, że była zastosowana zasada obniżania napięcia z obniżaniem częstotliwości, czyli zachowany stosunek U/f, może teraz jest inaczej.
  • #26
    Krzysztof Kamienski
    Level 43  
    cooltygrysek wrote:
    Falownik inwerterowy ma swoje zalety i wady.
    No tak, to racja. A falownik nieinwerterowy (z Twojego wywodu wynika, ze takowe falowniki istnieją), czym się charakteryzuje, o ile to nie tajemnica ?
  • #27
    User removed account
    User removed account  
  • #28
    tos18
    Level 40  
    Jeżeli już czepiamy się detali (niestety) to urządzenia o których rozmawiamy zwą się przemiennikami częstotliwości. Falownik jest częścią składową przemiennika odpowiadającą za zamianę napięcia stałego na przemienne.
    Nic nie stoi na przeszkodzie by zbudować takowy w oparciu o silnik prądu stałego sprzężony z generatorem prądu przemiennego (prądnicą).

    Widziałem przemiennik częstotliwości dla silników pił tarczowych zbudowany z silnika i generatora. Na wyjściu było 200Hz. Huczało ale działało.
  • #30
    cooltygrysek
    Conditionally unlocked
    Krzysztof Kamienski. Pierwsze falowniki to były proste przekształtniki. Później pojawiły się inwerterowe obecnie najbardziej rozpowszechnione. I w końcu falowniki wektorowe umożliwiające lepszą i pełniejszą kontrolę mocy jak i obrotów eliminując ryzyko poślizgu strumienia magnetycznego .

    micho.no1 projektuje falowniki inwerterowe oraz wektorowe dużej mocy do kilkudziesięciu MW w Siemensie. Także falowniki z separacją dla sprzętu medycznego. Projektuje także zasilacze impulsowe dużej mocy. Falowniki mają regulację napięcia w bardzo niewielkim zakresie, to tzw kompensacja napięcia. Wielu automatyków nie wie do czego ona służy. To o czy piszesz to sterowanie skalarne, może mieć ono charakterystykę liniową lub kwadratową w myśl charakterystyki statycznej u/f=const. Dotyczy to problemu tzw poślizgu strumienia magnetycznego. W falowniku inwenterowym jak i wektorowym nastawiane są tylko amplitudy i prędkości kątowe częstotliwości wektorów przestrzennych napięć, prądów i strumieni skojarzonych dla silnika indukcyjnego. W przypadku falownika Inwenterowego podczas pracy, gdzie występuje spadek mocy wraz ze spadkiem częstotliwości odzwierciedlonej w obrotach silnika. Prędkość mechaniczna oraz częstotliwość poślizgu nie są kontrolowane precyzyjnie i może to powodować przeciążenia silnika i falownika przez co doprowadzić do wygenerowania błędu. Ten problem z poślizgiem został wyeliminowany praktycznie całkowicie wraz z rozwojem falowników wektorowych. Tam gdzie potrzebna jest większa precyzja regulacji zarówno obrotów jak i mocy stosuje się urządzenie kontrolujące pole lub pola wirowe poszczególnych faz względem obrotu wirnika współpracujące z falownikiem wektorowym. Urządzenie to nazywa się RESOLVER. Resolver może być zabudowany na zewnątrz silnika lub w budowany wewnątrz. W przypadku stosowania falownika do napędów: transporterów czy przenośników wykorzystujemy charakterystykę liniową w przypadku zastosowania falowników do napędów: pomp czy wentylatorów charakterystykę kwadratową. Są jeszcze falowniki typu AC/DC tu napięcie można regulować praktycznie od zera do 400V, służą one do napędu serwomechanizmów wyposażonych w silniki DC szczotkowe 1,2 lub 3 fazowe, silniki krokowe oraz niektóre typy silników BLDC. Więcej się nie wypowiadam bo zrobił się już inny temat.