Arco-systems.ru

Журнал Арко Системс
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как выбрать кабель для двигателя постоянного тока

Подбирая марки кабелей для питания асинхронных электрических двигателей, учитывают условия, в которых они будут работать. Для обеспечения питания передвижных электроустановок, которые часто перемещаются между объектами строительства или других работ, предпочтение следует отдавать гибким маркам кабельной продукции. Существует ряд механизмов, приводимых асинхронными электродвигателями, которые в процессе работы совершают постоянные перемещения. Например, кран-балки, электротали и другая грузоподъёмная техника. Электропривод таких механизмов подключается к электросети только гибкими медными кабелями с резиновой изоляцией. Токовые жилы гибких кабелей набраны пучками тонкой медной проволоки, поэтому выдерживают многократные изгибы.

Наиболее подходящие и популярные марки для таких двигателей КГ, КПГС, КПГ1У

Для прокладки в земле целесообразно выбрать бронированный кабель (например, ВБШв или АВБШв), чтобы исключить возможность его случайного повреждения в твёрдом грунте. Допускается прокладка в траншеях с подушкой из песка кабелей в ПВХ оболочке. Эти типы кабелей могут прокладываться и в лотках.

Рекомендации по выбору длин кабелей, соединяющих частотный преобразователь и электрический двигатель

В связи с большим количеством вопросов связанных с выбором длин кабелей между частотными преобразователями и асинхронными, и синхронными электродвигателями, сотрудники ООО «КоСПА» (сервисного центра YASKAWA), подготовили статью, затрагивающую как теоретические, так и практические аспекты, связанные с данным вопросом. При написании статьи были использованы материалы www.yaskawa.com.


Выбор длины кабеля между ПЧ и двигателем

Общая теория частотного регулирования

Преимущества использования частотных преобразователей (преобразователей частоты, ПЧ, частотников, инверторов) включают в себя: увеличение экономии энергии при использовании в высоковольтном сегменте, превосходное управление скоростью и моментом, а также более современное обеспечение защиты двигателя. Преобразователи частоты эволюционировали от схем, состоящих из Дарлингтоновых пар транзисторов (усилители на биполярных транзисторах), до современных IGBT-транзисторных модулей. Уникальные особенности IGBT-транзисторов, такие как снижение энергозатрат на переключение, значительно увеличили производительность и сделали возможным уменьшение габаритных размеров преобразователей частоты.

Однако было замечено, что двигатели, которые безотказно работали в течение длительного времени от сети, внезапно выходили из строя спустя несколько недель после установки частотного преобразователя. Такой вид аварии, обычно обуславливается выходом из строя обмотки двигателя из-за перенапряжения. Точнее, авария происходит и из-за короткого замыкания фаз между собой, и из-за замыкания фазы на корпус. Исследования показали, что возможность быстрого переключения IGBT-транзисторов, в совокупности с чрезмерной длиной кабеля между двигателем и преобразователем частоты способны значительно снизить срок жизни двигателя.

Чтобы понять, почему преобразователь частоты может стать причиной более быстрого выхода из строя двигателя, необходимо рассмотреть два явления. Первым является отраженная волна, по -другому явление стоячей волны, вторым – перенапряжение (перерегулирование напряжения при коммутациях), также известное как условие резонансного контура. Теоретически эти два явления могут быть рассмотрены по-разному, но на практике решение по их устранению одинаково.

Отраженная волна. При рассмотрении длины кабеля в качестве линии электропередач, следующая формула может быть применена при расчете критической длины, или длинной линии, где имеет место отражение волны напряжения. Критическая длина кабеля определяется формулой:

где, -скорость нарастания волны (мc), м/c –скорость света в вакууме, -приблизительная распределенная индуктивность кабеля, -время нарастания импульса напряжения, -длина кабеля.

Следующее уравнение соотносит время включение IGBT- транзистора и максимальную длину проводящей линии (кабеля):

При превышении этого значения длины возможно возникновение явления стоячей волны. При увеличении периода ШИМ преобразователя частоты с 0,1 мс до 0,3 мс, минимальная длина необходимая для перенапряжения, возрастет с 16 до 48 м.

Перенапряжение (перерегулирование напряжения). Более точное описание того, что происходит в двигателе, выглядит следующим образом. Перенапряжение (дребезг) это функция энергии, запасенной в проводнике, в течение времени нарастания каждой выходной пульсации напряжения (ШИМ). В то время, как распределенная индуктивность – особенность длинного проводника, лежащего между двигателем и преобразователем. Индуктивность увеличивает время, необходимое для зарядки емкости двигателя, что в свою очередь приводит к увеличению запаса энергии в линии. Когда двигатель все же заряжается до необходимого потенциала, оставшаяся энергия линии продолжает подзаряжать двигатель, увеличивая значения потенциала обмоток, способствуя возникновению перенапряжения. Фактически, при достаточно большой длине проводника (кабеля), к обмотке двигателя может быть приложено двойной напряжение звена постоянного тока частотного преобразователя. Т.е. чем больше расстояние между двигателем и преобразователем, тем больше перенапряжение. Однако, некорректно утверждать, что перенапряжение пропорционально длине кабеля. Максимальное значение перенапряжения можно рассчитать:

Читать еще:  Схема звукового выключателя света

где, Vmax-максимальное напряжение сети, — максимальное напряжение звена постоянного тока, — максимальное значение перенапряжения.

В типовых системах на 460В, максимальное перенапряжение на клеммах двигателя может достигать 1500 В. Почти 80% этого напряжения распределяется по первичной обмотке двигателя.

Время включения IGBT-транзисторов разработано с целью возможности влияния на перенапряжение. Если ключи переключаются достаточно медленно, емкость двигателя имеет возможность зарядиться, а после этого разрядиться в линию. Однако, при увеличении скорости переключения, напряжение, прикладываемое к линии, увеличивается, значении запасенной энергии возрастает, и, как следствие возрастает перенапряжение.

Это объясняет, почему 6-ступенчатые, медленные по сравнению с современными, преобразователи, использующие технологию Дарлингтона (усилитель) редко встречались с проблемой перенапряжения при той же длине кабеля. Также важно отметить, трехфазные двигатели на 230В в достаточной мере защищены от пробоя в следствие перенапряжения, благодаря существующему стандарту изоляции.

5-е поколение IGBT ПЧ

4-е поколение IGBT ПЧ

3-е поколение IGBT ПЧ

1-е поколение IGBT ПЧ

Запираемый тиристор (GTO)

Возникающие проблемы

Явление коронного разряда

Для того, чтобы понять, почему перенапряжение столь губительно для двигателя, необходимо рассмотреть явление коронного разряда. Представим, что между проводниками с током существует относительный потенциал, который создает электрическое поле. Напряженность электрического поля вокруг проводников может быть достаточной для осуществления пробоя воздуха. Так как энергии электрического поля достаточно для ионизации кислорода (O2), чтобы осуществить его перехода в озон (O3), происходит пробой. Озон представляет собой высокоактивный элемент, поэтому он незамедлительно вступает в реакцию с органическими компонентами изоляции. А примеси кислорода в этой системе способствуют разрушению изоляции. Явление коронного заряда происходит, когда потенциал проводников достигает некоторого порогового значения, называемого начальным напряжением коронного заряда. Начальное напряжение коронного заряда зависит от расположения проводников, типа изоляции, температуры, особенностей поверхности и влажности.

Если у двигателя нет соответствующей изоляции, он может выйти из строя раньше срока. Предполагается, что двигатель, управляемый с помощью частотного преобразователя, произведён с изоляцией класса F или выше, а также имеет фазовую изоляцию.

Генерация радиочастотных и электромагнитных помех

Значение электрического шума, вырабатываемого проводниками на выходе преобразователя частоты, также зависит от длины используемого кабеля. Во избежание возникновения помех, необходимо экранировать кабель при установке соединения. Если осуществить это не получается, необходимо использовать фильтрующие устройства для снижения индуктивных помех.

Защитное отключение двигателя

В некоторых ситуациях возможно создать условия, при которых преобразователь частоты защитит себя от Замыкания на Землю (Ground Fault) или от перегрузки по току (Over Current). Эти аварии происходит в ситуациях, когда множество кабелей прокладывают в непосредственной близости друг к другу, без соответствующей изоляции. Используя основные законы физики, можем доказать, что ток, протекающий по одному проводу, наводит напряжение на другой, так же, как и ток протекающий по другому проводу наводит напряжение на этот провод. Имея множество проводников в непосредственной близости, могут возникнуть условия, когда неравные потенциалы и токи могут навестись в разных фазах привода, результатом может стать замыкание на землю.

Также известно, что емкость между фазами и емкость между фазой и землей возрастает при увеличении длины проводника. Поэтому возможно возникновение ошибки перегрузки по току в течение времени заряда фазных емкостей и емкостей фазы относительно земли.

Если виды этих защитных отключений встречаются довольно редко, то эти ситуации можно обойти, правильно установив оборудование. Если это уже сделано, возможно улучшить ситуацию, применив фильтрующие устройства.

Решение проблем

Снижение длины проводника

Для снижения вероятности возникновения чрезмерного перенапряжения на клеммах двигателя, необходимо, чтобы длина кабеля, соединяющего преобразователь с двигателем была меньше 45 м. Также хорошим вариантом будет снизить несущую частоту ШИМ преобразователя, что, в свою очередь непременно скажется на шуме двигателя, но снизит число выходных импульсов напряжения в секунду, увеличив срок жизни двигателя и уменьшив нагрев IGBT-транзисторов.

Специальный двигатель для частотного регулирования

Простейшим и наиболее выгодным решением является использование специального двигателя для частотного регулирования. Стандарт NEMA Standart MG-1, устанавливает, что такие двигатели должны быть способны выдержать 1600 В импульсного напряжения, продолжительностью 0.1 мс или более, для двигателей класса напряжения 600В и менее. Если двигатель правильно спроектирован и соответствует этому стандарту, то можно расчитывать на безотказную работу в течение длительного времени при любой длине кабеля.

Трехфазный выходной реактор (дроссель)

Реактор расположенный на выходе преобразователя, снижает градиент напряжения, прикладываемый к обмоткам двигателя. Время нарастания импульса снижается до 1,1 мс, таким образом снижая dV/dt до 540В/мс. Это в свою очередь эквивалентно времени переключения Дарлингтоновской схемы, используемой в прошлом, а, следовательно, очень эффективно для продления жизни двигателя. Выходной реактор решает приблизительно 75% проблем, связанных с преждевременным выходом из строя двигателя, из-за большой протяженности кабеля. Обычно используются реакторы с 3% и 5% импедансом (входным сопротивлением). При полной нагрузке приблизительно от 3 до 5 % выходного напряжения спадет на реакторе. Однако, если возникает сомнения относительно развиваемого момента электродвигателем, его необходимо проверить при максимальной скорости.

Читать еще:  Pslf760c04a уменьшить ток подсветки

При наличии возможности разместите выходной реактор максимально близко к электродвигателю. Это позволяет увеличить длину кабеля до 198 м без влияния на производительность двигателя. В этом случае реактор может начать изнашиваться, но выход из строя дросселя займет значительно большее время, чем двигателя при тех же условиях. Однако это может стать одним из наиболее эффективных и бюджетных решений, особенно если речь идет о электродвигателях с плохой изоляцией, которые зачастую встречаются в погружных насосах.

Для обеспечения безотказной работы при длине до 610м при недостаточном классе изоляции двигателя, необходимо использовать специально разработанные выходные фильтры. Эти фильтры разработаны для устранения высших гармоник, возникающих из – за ШИМ, а также для снижения времени импульса до 1,2 мс. Это обеспечивает чистый ШИМ- сигнал на клеммах двигателя.

Критерии выбора

На рынке огромное количество моделей стартовых проводов, но далеко не все из них качественны. Для подбора оптимальной модели необходимо, в первую очередь, ориентироваться на характеристике вашего стартера – только так можно понять нужные параметры силы тока и напряжения. Дальше стоит определиться с длиной. И в конце нужно проверить сам провод, чтобы он был надлежащего качества: хорошая изоляция, большая площадь сечения медной жилы, качество меди, размер и качество «крокодилов».

Для ежедневных поездок в большом городе стоит обратить внимание на стартовые провода длиной 4 — 5 м и силой тока 400 – 700 А.

Жителям маленьких городов и деревень лучше выбирать среди стартовых проводов длиной 2 – 4 м и силой тока 200 – 700 А.

Выбор сечения проводов по допустимой потере напряжения

Потерей напряжения называется арифметическая разность напряжений в начале и конце линии

Часто потерю напряжения выражают в процентах от напряжения в начале линии, называя ее относительной потерей напряжения

ε =∆U/U 100%.

Допустимая относительная потеря напряжения на участке от подстанции до потребителя для осветительной нагрузки составляет 2—3%, а для силовой 4—6%.

Формула для определения сечения проводов

S = 2Il/γ∆U

Заменив ∆U относительной потерей напряжения, получим

S = (2 • 100Il)/γεU

или, умножив и разделив на U, придадим формуле другой вид

S = (2 • 100Рl)/γεU 2

Из последнего выражения следует, что

ε = (2 • 100Рl)/γSU 2

По формулам определяют сечение проводов линии с нагрузкой на конце ее по заданной относительной потере напряжения или соответственно определяют относительную потерю напряжения в линиях по заданному сечению проводов.

Эти формулы можно применять для постоянного тока, для однофазного переменного и для трехфазного тока, в этом последнем случае напряжение U является линейным напряжением, т. е. = Uл, а мощность Р — активной мощностью трехфазной нагрузки.

Если линий, получающая энергию от питательного пункта А (рис. 19-31), имеет несколько нагрузок в разных точках ее, то при одинаковом сечении и материале всех участков линии определение сечения проводов производится по формуле

S = (2 • 100(P1l1 + P2l2 + P3l3 + …))/γεU 2 = (2 • 100ΣPl)/γεU 2

а относительная потеря напряжения

ε = (2 • 100(P1l1 + P2l2 + P3l3 + …))/γSU 2 = (2 • 100ΣPl)/γSU 2

Две последние формулы отличаются от предыдущих тем, что выражение Рl — произведения нагрузки Р и длины линии l, называемое моментом нагрузки, заменено суммой моментов нагрузок (рис. 19-31). Сечения проводов, найденные из условий допустимого нагрева удовлетворяющие требованиям в отношении допустимой потери напряжения, проверяются по условия механической прочности по табл. 19-5.

Шнуры и легкие шланговые провода для подвесных, настольных и других светильников

Провода в среднем и тяжелом шланге для

Статья на тему Расчет проводов

Режимы работы электродвигателей

Режим работы определяет нагрузку на электродвигатель. В некоторых случаях она остается практически неизменной, в других может изменяться. Характер предполагаемой нагрузки обязательно учитывается при выборе двигателя. Действующими стандартами предусмотрены следующие режимы эксплуатации:

Читать еще:  Розетка кабельная ip67 63а 3р ре n 380в tdm

Режим S1 (продолжительный). При таком режиме эксплуатации нагрузка остается постоянной в течение всего времени, пока температура электродвигателя не достигнет необходимого значения. Мощность привода рассчитывается по формулам, приведенным выше.

Режим S2 (кратковременный). При эксплуатации в этом режиме температура двигателя в период его включения не достигает установившегося значения. За время отключения электродвигатель охлаждается до температуры окружающей среды. При кратковременном режиме эксплуатации необходимо проверять перегрузочную способность электропривода.

Режим S3 (периодически-кратковременный). Электродвигатель работает с периодическими отключениями. В периоды включения и отключения его температура не успевает достигнуть заданного значения или охладиться до температуры окружающей среды. При расчете мощности двигателя обязательно учитывается продолжительность пауз и потерь в переходные периоды. При выборе электродвигателя важным параметром является допустимое количество включений за единицу времени.

Режимы S4 (периодически-кратковременный, с частыми пусками) и S5 (периодически-кратковременный с электрическим торможением). В обоих случаях работа двигателя рассматривается по тем же параметрам, что и в режиме эксплуатации S3.

Режим S6 (периодически-непрерывный с кратковременной нагрузкой). Работа электродвигателя в данном режиме предусматривает эксплуатацию под нагрузкой, чередующуюся с холостым ходом.

Режим S7 (периодически-непрерывный с электрическим торможением)

Режим S8 (периодически-непрерывный с одновременным изменением нагрузки и частоты вращения)

Режим S9 (режим с непериодическим изменением нагрузки и частоты вращения)

Большинство моделей современных электроприводов, эксплуатируемых продолжительное время, адаптированы к изменяющемуся уровню нагрузки.

Расчет сечения кабеля

Сечение кабеля определяют исходя из максимального общего тока, потребляемого включенным в цепь оборудованием. Для главного питающего кабеля расчет может выглядеть следующим образом.

  1. Подсчитывают суммарную непрерывно действующую нагрузку
  2. Подсчитывают суммарную временно подключаемую нагрузку и вычисляют от нее 10%
  3. Из списка временно подключаемого оборудования выбирают самое мощное устройство и сравнивают потребляемый им ток со значением, полученным на шаге 2. Из двух чисел берут наибольшее
  4. Добавляют значение п.3 к непрерывной нагрузке (п.1) и выбирают кабель по таблице. Поскольку отрицательный проводник в цепи постоянного тока несет туже нагрузку его берут такого же размера
Непрерывная нагрузка (А)Подключаемая нагрузка (В)
НаименованиеПотребляемый ток, АНаименованиеПотребляемый ток, А
Навигационное освещение5,5Освещение кабины10,0
Трюмная помпа4,2Сигнал6,3
Стеклоочиститель0,0Дополнительная электроника10,0
Радиостанция2,5Якорная лебедка80,0
Эхолот0,9Насос5,8
Радар7,5
Фонарь12,0
Панель приборов2,3
Сигнализация0,5
Холодильник5,5
Прочее: Автопилот3,5Прочее: Микроволновая печь60,0
Итого А, Ампер44,4Итого В, Ампер172,1
Перенесено из В, Ампер8010% от В, Ампер17,2
Общая нагрузка (А + В), Ампер124,4Максимальный ток в В, Ампер80

Сечения кабеля всегда лучше выбирать с запасом, а не заставлять электрическую цепь работать на пределе своих возможностей. При таком подходе потери напряжения также оказываются минимальными.

Токонесущая способность кабеля для непрерывной нагрузки должна составлять 125% от тока в цепи. Другими словами, для непрерывной нагрузки токонесущую способность кабеля необходимо понизить до 80% от ее номинального значения.

Важно не использовать на пределе возможностей кабеля с высокой температурой изоляции (например, 105 ° C ). Это делается не для того, чтобы защитить кабель, а для того чтобы тепло, накопленное в компонентах, присоединенных к кабелю не повредило их. Даже если в наличии есть кабель с температурой изоляции 105 ° C, для непрерывной нагрузки правильнее выбирать его сечение по столбцу таблицы для изоляции в 60 ° C. В этом случае кабель гарантированно останется холодным в любых условиях.

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

К достоинствам относится:

  • Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
  • Легко регулируемая частота вращения;
  • хорошие пусковые характеристики;
  • компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

  • ограниченный ресурс коллектора и щёток;
  • дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
  • ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
  • дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector