Частотные преобразователи на фермах.
Частотное преобразование широко используется в вентиляционных установках, системах подачи воды, кормоприготовления, кормораздачи и в системах управления входящих в их состав редукторов и мотор-редукторов.
Современное развитие электроники позволяет создать не только сам преобразователь частоты, а и сразу разработать систему защиты как двигателя, так и самого преобразователя.
С одной стороны, все достаточно хорошо. Во-первых, снизились затраты энергии электроприводом. Во-вторых, привод получил систему защиты, разработанную на основе самых современных реле. Но удовлетворяют ли такие преобразователи сельское хозяйство? Или же это простые излишества, за которые необходимо платить? Сможет ли персонал энергослужбы, который уже работает на ферме 20 лет, грамотно эксплуатировать такие преобразователи?
Проблемы эксплуатации и выбора оборудования.
Любые проблемы в эксплуатации начинаются с правильного выбора необходимого оборудования. (ПУЭ п. 5.3.36.)85. в промышленности, где преобразователи нашли широкое применение разработано уже много различных рекомендаций, касающихся выбора. Причем издаются они в виде ведомственных руководящих документов определенной организации или внутренних инструкций, учитывающих особенности конкретного производства. Относительно сельского хозяйства таких положений пока очень даже немного. Конечно, такие рекомендации есть, но они больше касаются уже эксплуатации, а не выбора преобразователя частоты. Остается только лишь довериться самим производителям, которые дают общие рекомендации. Да и они зачастую умалчивают об особенностях, которые непосредственно влияют как на эффективность, так и на надежность преобразователей. Согласно рекомендациям производителей, при выборе необходимо руководствоваться номинальной мощностью и механической характеристикой рабочей машины.
Теоретических этих данных вполне достаточно для того, чтобы учитывать все необходимые требования. Но разве необходимо иметь столько защит и такую сложную систему, учитывая всего два параметра?
Возьмем, например, такой параметр как регулирование частоты вверх от номинальной. Все машины, которые проектировались для определенных целей, уже имеют двигатели необходимой частоты вращения. Результаты исследований, проведенных профессором И.И. Ревенком в НАУ на молотковых измельчителях, показывают, что при увеличении скорости молотков продуктивность измельчителя возрастает с одновременным уменьшением крупности помола и энергоемкости. Но при скоростях более 55 м/с темпы возрастания уменьшаются, зато увеличивается энергоемкость процесса.
В области водоснабжения существует проблема снижения потребления воды при неизменных энергозатратах. Т.е. в ночное время потребление воды уменьшается, а насос работает в том же режиме. При этом подача регулируется заслонками. Это далеко не полный список тех процессов, при которых есть необходимость снижать скорость вращения. А в случае работы электродвигателя с повышенной частотой питающей сети в двигателе возникают дополнительные вихревые токи, которые приводят к повышению его температуры выше номинальной? Также вместе с частотой возрастают потери в железе. Из этого следует, что главное преимущество снижение энергоемкости процесса может и не быть истиной.
Плавный пуск мотор-редукторов транспортёров
Перейдем к следующему параметру, такому как плавный пуск от до номинальной частоты. Конечно это значительное преимущество т.к. отсутствуют динамические удары, снижающие надежность подшипников редуктора привода, так же снижается падение напряжения в момент пуска. Но согласно исследований, проведенных на кафедре при частоте питающего напряжения ниже 20 Гц давления создаваемого насосом недостаточно для создания напора и насос вращается в холостую. Необходима ли такая опция? В данном случае наверно нет. Согласно техническим нормам до остановки он должен быть полностью разгружен. Но, а если по какой-то причине этого не случилось, при пуске с частоты равной 0 мотор-редуктор транспортера не запустится, т.к. его момент будет очень мал и увеличение его во времени будет продолжительным, т.е. не уложится в отведенную выдержку времени. Включится следующая машина, которая начнет загружать этот транспортер, что может привести к нежелательным последствиям.
Рассмотрим еще один пример, который в первое время очень активно использовался в рекламных целях – “Использование преобразователя частоты не требует изменения схемы включения двигателя”. С одной стороны - это значительное преимущество. Но если подойти к этому более разумно, то зачем тогда преобразователю такие функции, как максимальная токовая отсечка, защита от токов короткого замыкания, защита от обрыва фазы. А разве этих защит не было в давно уже разработанной и успешно применяемой схеме двигателя? Были уже установлены автоматические выключатели, магнитные пускатели и прочие реле, которые успешно выполняли свои функции.
На сегодняшний день многие ученые ведут споры, что лучше, современное микропроцессорное реле или же электромагнитные “ветераны”? до сих пор нет ни одного веского довода в пользу микропроцессорных реле. а ведь большинство защитных функций преобразователей тока основаны именно на этой технологии.
Допустим, что защита преобразователя лучше, чем уже существующая. Тогда куда же девать все электрические аппараты, которые прежде использовались? Не все из них можно удалить. Ведь согласно ПУЭ, для защиты двигателей от КЗ должны применяться предохранители или автоматические выключатели.
Так же ЕСКД предусматривает использование магнитных пускателей.
Из этого следует, что даже при всем желании мы не сможем изменить действующую схему включения. Ведь большинство существующих методов подключения имеют лишь эти основные аппараты (имеется в виду схема включения двигателя, а не схема управления установкой).
Преобразователи как средство самодиагностики цепи.
На сегодняшний день существует еще одна “модная” функция. Многие преобразователи частоты имеют возможность осуществлять полную внутреннюю самодиагностику важнейших элементов цепи. Интересно, каким образом эта можно выполнить эту диагностику, не имея обратной связи с элементами схемы? Для использования данной функции необходимо замена существующего оборудования на явно более дорогое. Но ранее говорилось, что нет надобности вносить изменения в существующую схему включения.
Для диагностики самого преобразователя это может и хорошо. Сработала диагностика, преобразователь вышел из строя и весь производственный процесс остановлен. Технический персонал звонит в сервисную службу, и ждут квалифицированного специалиста, т.к. доступ во внутрь другим лицам большинство производителей категорически запрещают. Но эта самодиагностика никаким образом не облегчает работу всей остальной схемы. И если случается авария в другой части схемы, то эта функция абсолютно бесполезна. Таким образом, в силовой цепи двигателя появится еще один аппарат, причем, для обслуживания которого необходимы рабочий персонал очень высокой квалификации. А когда прейдет работник сервисной службы? В городе может и быстро. А если ферма находится на окраине далекого района, области. Придется на время шунтировать преобразователь и приводить схему к изначальному состоянию.
Требования к преобразователям.
С изменением в схеме связан еще один момент. Преобразователь, как и любое другое высокочастотное устройство, создает электромагнитные помехи. Теперь представьте, если преобразователь установлен в диспетчерской, где установлены компьютеры. Явно надежность компьютера снизится. В странах Европейского союза в январе 1996 года введена директива по электромагнитной совместимости (ЭМС) Electro Magnetic Compatibility. Согласно этому, все электротехнические устройства должны не только не создавать электромагнитных помех, но и быть определенным образом устойчивыми к ним. Основным требованием есть использование на выходе преобразователя экранированных кабелей. Сомневаюсь, что до модернизации этой рабочей машины там есть такой кабель. Опять появляются незапланированные расходы.
Хотя эти нормы и не обязательны в нашей стране, но, тем не менее, западные производители (преобразователей, которых на нашем рынке большинство) при разработке заложили эти требования и для правильной эксплуатации именно их и необходимо соблюдать.
Еще можно выделить один момент эксплуатации. Как уже говорилось, большинство преобразователей на российском рынке Европейского производства. Причем имена их производителей, такие как Shnyder Electric, Siemens, придает уверенности в надежности их конструкции. При их проектировании были заложены именно европейские стандарты, а значит и эксплуатация должна проходить на европейском уровне. Например, в ГОСТе 24607-88 “Преобразователи частоты полупроводниковые. Общие технические требования.” в пункте 2.4.2.17. упоминается лишь о допустимом уровне радиопомех, создаваемых преобразователями. А в связи с массовой компьютеризацией производства это очень важное требование, несоблюдение которого значительно снизит надежность оборудования.
Как показывает практика эксплуатации кафедрой преобразователя типа РЭН2 харьковского производства, примерно в 3-х случаях из 10 неполадок происходит именно в программе компьютера, который расположен на расстоянии около 1 метра от блока преобразователя и 3 м от двигателя. При этом ошибки происходят при частоте 35 Гц и выше. В руководстве по эксплуатации ни слова не сказано об электромагнитной совместимости устройства.
Это далеко не полный список тех функций, которые облегчают эксплуатацию как самого преобразователя, так и производственной установки, в которой он используется. Все выше сказанное призвано заострить внимание потребителей к более детальному подходу к выбору преобразователя.
В некоторых случаях это вполне приемлемые опции, а в других просто повысить стоимость аппарата.
Однако существует масса необходимых требований и параметров, о которых производители молчат, но для правильной эксплуатации преобразователя их необходимо учитывать.
Как известно, прямой пуск электродвигателя может привести к падению напряжения в сети. Но падение напряжения так же зависит и от длины кабеля двигателя. Тем более, что многие производители рекомендуют устанавливать преобразователи не в цехах, а отдельно в другом помещении. Поэтому кабель имеет значительную длину.
Напряжение на зажимах двигателя, в зависимости от свойств его кабеля и конструкции преобразователя, может увеличиваться почти в 2 раза. Рекомендуемая длина кабеля менее 300 метров.
В этом случае в преобразователях используют фильтры, которые подавляют пики выходного напряжения и быстрые изменения напряжения, которые сокращают срок службы изоляции двигателя.
Также, в связи с электромагнитными помехами, необходимо правильно положить кабеля двигателя для того, чтобы они не создавали помехи для работы другого оборудования.
На сегодняшний день преобразователь частоты единственное устройство, позволяющее использовать электропривод с большей эффективностью. Причем оно не только снижает энергопотребление, но может существенно увеличить качество производственного процесса за счет подбора более точных скоростей электродвигателя.
