Преимущества автонастройки частотно-регулируемых приводов
Приводы с регулируемой частотой (англ. Variable frequency drives) улучшают работу решений по всему миру, повышают их эффективность и упрощают взаимодействие с оборудованием с помощью дисплеев с клавиатурой. Производители таких приводов рекомендуют пользователям выполнять автонастройку (рис. 1).
Важность автоматической настройки — в том, что она помогает ЧРП управлять двигателем с определенными настройками. Подобно автомобильным компаниям, не знающим, где именно разместить регулируемые сиденья в новом автомобиле, производители ЧРП не могут угадать, какие настройки по умолчанию лучше всего подходят для того или иного двигателя в конкретном применении. Не мудрствуя лукаво, они по умолчанию придерживаются требований отраслевого стандарта. Например, производитель привода мощностью 40 л. с., рассчитанного на напряжение 480 В, может по умолчанию использовать для полной нагрузки двигателя значения из таблицы NEC (в данном случае таблицы 430.250) и установить на заводе ток 52 А. Такая установка тока, по всей вероятности, не соответствовала бы новому двигателю премиум-класса. А ведь должная установка тока — это даже не полдела, а лишь начало работы. Гораздо проще выполнить автонастройку.
ЧРП и сервоприводы
Функцией автонастройки можно назвать любую операцию, которая вычисляет и регулирует что-либо (например, какой-то параметр) автоматически по указанию пользователя (рис. 2). В случае серводвигателей и усилителей (близких родственников ЧРП и асинхронного двигателя) автонастройка скорее связана с настройкой сервопары на их нагрузки и помогает отрегулировать усиление для контуров позиционирования и скорости. В то время как при автоматической настройке ЧРП нагрузка от двигателя должна быть отключена.
Дело в том, что серводвигатели и их усилители всегда покупают у одного производителя. Простой код двигателя — это все, что нужно усилителю, чтобы «узнать» о подключенном двигателе всю его подноготную. ЧРП, напротив, лишь изредка производит та же компания, что и двигатели. Норма такова, что двигатель марки A обычно используется с ЧРП марки B. В таких случаях автонастройка становится мостом, по которому надежная информация о двигателе может быть передана приводу.
Получение выгоды от автонастройки
Время, потраченное на повышение производительности ЧРП, определенно того стоит, сколько бы его на это ни ушло. Если все будет сделано правильно, настроенный ЧРП станет более эффективным (пользователь получит меньший ток при том же крутящем моменте) и будет обладать лучшими характеристиками (более линейная и стабильная работа гарантирована).
Предоставляя частотно-регулирующему преобразователю фактические электрические характеристики из паспортных данных двигателя, ЧРП не должен будет принимать общие значения за чистую монету и создавать избыточный магнитный поток двигателя, что может привести к насыщению сердечника двигателя. Естественно, это не приведет к увеличению крутящего момента двигателя, но, вероятно, повлечет за собой рост потерь в двигателе, который, в свою очередь, будет способствовать генерации тепла, т. е. нагреву.
Однако возникает важный вопрос: сколько времени потребуется для выполнения автонастройки? Если у пользователя есть хорошее представление характеристик двигателя, например в техническом паспорте, то ему, скорее всего, потребуется около 90 с для ввода информации и дополнительная минута для запуска автонастройки.
Что можно изменить
Автоматическую настройку можно выполнять по-разному, но есть общие настройки, которые вносят все производители. Было бы ошибкой предполагать, что всю работу делает ЧРП. Человек, выполняющий процедуру автонастройки, принимает в ней самое активное участие. Когда с клавиатуры запускается функция автонастройки, пользователю привода для начала необходимо ввести типичную информацию из паспортных данных двигателя. Нет необходимости измерять или рассчитывать ток при полной нагрузке, если пользователь может просто ввести его значение. Некоторые характеристики, такие как частота скольжения и индуктивность рассеяния, указаны только в паспорте и лучше всего рассчитываются приводом.
Как только пользователь вводит необходимую информацию о двигателе, привод предлагает пользователю запустить процесс автонастройки, во время которого он работает и тестирует двигатель, чтобы рассчитать характеристики двигателя, не найденные в паспорте.
После завершения автонастройки в большинстве случаев пользователь может просмотреть список измененных параметров, чтобы увидеть, что было введено, а что — измерено или рассчитано. Элементы, которые обычно корректируются, включают:
- межфазное сопротивление;
- номинальный ток двигателя;
- ток холостого хода двигателя;
- номинальное скольжение двигателя;
- коэффициент экономии энергии;
- индуктивность рассеяния;
- компенсацию насыщенности;
- потери в двигателе;
- номинальную мощность двигателя.
Некоторые измеренные значения используются для заполнения модели цепи однофазного асинхронного двигателя, как показано на рис. 3. Все три фазы должны быть одинаковыми. Например, подавая напряжение постоянного тока на статор и измеряя создаваемый ток с помощью трансформаторов постоянного тока, привод вычисляет межфазное сопротивление, которое в модели будет задано как RS. Оставшуюся часть модели можно рассчитать с помощью других методов и измерений, а затем экстраполировать на три этапа. Это может помочь приводу лучше предвидеть и компенсировать меняющиеся нагрузки на двигатель и привести к более эффективному регулированию работы двигателя.
Трудности
Автонастройка может быть затруднена из-за тех или иных ошибок. У производителей ЧРП есть список неисправностей, которые могут возникнуть во время процедуры автонастройки. Наиболее типичная ошибка может возникнуть еще до начала автонастройки. Любые значения, введенные во время автонастройки, сравниваются со значениями, допустимыми для автоматически настраиваемого привода, и друг с другом. Если ток полной нагрузки составляет 100 А, а введенная мощность двигателя — 40 л. с., привод выдаст ошибку, чтобы остановить процедуру (рис. 4). Даже если мощность и ток полной нагрузки приемлемы, но превышают номинальные параметры привода, ЧРП остановит автонастройку и отобразит код ошибки ввода данных.
Поскольку процедура автонастройки ЧРП предназначена для измерения параметров двигателя, а не нагрузки, большинство автонастроек, требующих вращения двигателя для проведения измерений, также требуют отключения двигателя и нагрузки в процессе автонастройки. ЧРП может определить по току, потребляемому во время вращения, отключена ли нагрузка, и в случае, если включена, принять это за неисправность в нагрузке, что помешает ему завершить процесс автонастройки и одобрить выполненные настройки.
Типы автонастройки для ЧРП
Наиболее эффективный вариант автонастройки для ЧРП и двигателей требует, чтобы вал двигателя вращался без нагрузки. Дело в том, что эквивалентной замены фактическим измерениям, которые можно произвести, когда двигатель вращает только лишь свой собственный вал, нет. Однако в некоторых ситуациях ЧРП и двигатель нелегко отсоединить от нагрузки. Используя сложные вычисления, можно оценить при автонастройке определенную информацию о конкретной модели двигателя с помощью метода, который не требует вращения вала двигателя. Такую автонастройку иногда называют стационарной. Некоторые методы такой настройки очень просты, требуют небольшого количества информации и занимают всего несколько секунд. По сути, автонастройка просто измеряет сопротивление, которое присуще обмоткам статора и кабеля двигателя. Это восходит к линейному сопротивлению. Преимущество такой простой автонастройки заключается в том, что ЧРП может компенсировать снижение напряженности магнитного поля из-за потери напряжения.
Также есть методы автонастройки, предназначенные для двигателей с постоянными магнитами. Отчасти они напоминают методы, которые используют при работе с асинхронными двигателями. Однако в первом случае измеряются более специфические характеристики и выводится информация, необходимая для правильной автонастройки конкретно для двигателя с постоянными магнитами, а также требуется более широкий перечень присущих двигателю характеристик.
Пять советов по автонастройке ЧРП
Автонастройка ЧРП по большей части проста и не требует привлечения опытных специалистов. Однако есть важные моменты, которые стоит учитывать, чтобы ее улучшить.
- Некоторые характеристики двигателя (в частности, сопротивление) изменяются при повышении температуры медных обмоток. Поскольку при нормальной работе двигатель будет нагреваться от теплого до горячего, автонастройка должна отражать это состояние. Для этого необходимо либо запускать автонастройку несколько раз, либо позволять двигателю перед выполнением автонастройки вращения работать некоторое время, пусть даже и без нагрузки.
- Поскольку выполнить автонастройку на уже смонтированном устройстве проще, возникает соблазн довольствоваться автонастройкой именно в таком режиме. Хотя это и удобно, но это ошибка. Рекомендуем всегда настаивать на автонастройке с несвязанным вращением, то есть без нагрузки.
- Часто автонастройку можно запустить до того, как приложение будет полностью собрано, и, например, выполнить полную автонастройку вращения, когда двигатель находится на расстоянии всего 6 м от блока управления привода и у него относительно короткий кабель. Позже, когда приложение будет полностью собрано, а двигатель будет находиться на расстоянии 23 м от привода и уже подключен к нагрузке, можно будет запустить оценку линейного сопротивления. Эта настройка сопротивления без вращения не повлияет на измерения двигателя, но позволит повторно проверить и уточнить увеличение сопротивления из-за более длинного кабеля двигателя. Просмотр измененных настроек ЧРП поможет подтвердить новое измерение сопротивления.
- Также может быть полезно выполнить измерения и до, и после настройки. Советуем попробовать использовать встроенные мониторы ЧРП, чтобы заполнить таблицу со значениями до и после мониторинга (таблица). Если пользователь успешно выполняет автонастройку с заводских настроек по умолчанию, все значения ЧРП в постнастройке будут ниже, чем при предварительной настройке. Одно исключение — напряжение на шине постоянного тока, которое в устойчивом состоянии, как правило, остается постоянным.
- Еще один способ сравнить производительность до и после настройки — использовать бесплатное программное обеспечение для анализа тенденций, предлагаемое многими производителями вместе с программным обеспечением для работы с приводами (рис. 5). Эти базовые показатели помогают увидеть любые различия в производительности и могут служить ориентиром для будущих сравнений.
Частота, Гц |
Монитор выходного тока |
Монитор выходного напряжения |
Монитор напряжения шины постоянного тока |
6 |
А |
В |
В |
10 |
А |
В |
В |
20 |
А |
В |
В |
30 |
А |
В |
В |
40 |
А |
В |
В |
50 |
А |
В |
В |
60 |
А |
В |
В |
Заключение
Автонастройка — лучший способ получить максимальную отдачу от ЧРП. Обычно на это уходит несколько минут, и они быстро окупятся. Чем лучше и точнее будет модель двигателя ЧРП, тем эффективнее будет управление двигателем.