Пуск мощных двигателей. Поделитесь опытом

[Барий]

Вот когда работаешь в проекте - всегда не хватает практики, постоянно жалею об этом...

Задача 1.
Исходные данные: ленточный конвейер большой мощности.
Задача: необходимо обеспечить запуск этого конвейера с ограничением пускового тока, что, в свою очередь, даст меньшее падение U во время запуска.
Пояснения: необходимости именно в плавном пуске нет, необходимо максимально уменьшить падение напряжения во время пуска, чтоб сеть не проседала.
Вопрос:
При прочих равных условиях, что лучше использовать, УПП или ПЧ? Какие будут преимущества и недостатки данных подходов?

Задача 2.
Исходные данные: тот же самый ленточный конвейер.
Задача: От ТП до двигателя конвейера пусть 80м. Падение U в норме, падение U во время пуска так же в норме.
Начинаем отодвигать ТП от конвейера и отодвигаем до тех пор, пока двигатель не начнет "зависать" во время прямого пуска, т.е. когда остаточного U на клеммах двигателя во время пуска не будет хватать для разворота.
Вопрос: сможем ли мы запустить конвейер с уменьшенным пусковым током, и, как следствие, с меньшим падением U во время пуска, используя для этого УПП или ПЧ?

Хотелось бы обсудить именно физику этих вопросов, почему да, почему нет, какой способ лучше и т.д.

PS: У производственников сложилось стойкое мнение, что использование ПЧ в подобных задачах более так сказать качественое решение. Кроме того, для плавного пуска мощных нагрузок так же лучше использовать ПЧ, нежели УПП. Но это ихний опыт и мнение, углубленно подобные вещи никто не изучал и не проводил опытов (тут понятно, непрерывное производство, работает и ладно, не до опытов). Но у меня такая натура, пока не расставлю все точки над И, не могу успокоиться.

[Serex]

Главное отличие УПП и ПЧ в том, что ПЧ имеет звено постоянного тока. Как следствие, ПЧ имеет более гладкую форму напряжения, так как частота дискретизации это 2-20 кГц. УПП же обрезает полупериоды и частота дискретизации там в принципе не может быть выше частоты сети. Все это ведет к тому, что с УПП двигатель сильно греется. При УПП у двигателя должна быть хорошая изоляция обмоток (класс F), более короткие кабели.
Так что даже для простого плавного пуска, ПЧ лучше УПП. Другой вопрос, есть ли в этом экономический эффект, впрочем тут уже логика отключается ))

Что касается конвееров, то я так понимаю. В первый момент времени на э/д нужно подать большой ток для толчка, а потом уменьшить его, плавно наращивая. Длительность и мощность первого импульса тока легко создается ПЧ и с трудом УПП. Ведь благодаря звену постоянного тока в ПЧ, можно свободно управлять током, когда в УПП ток - это производная от управляемого среднего напряжения.

А если взять частотник с управляемым напряжением звена постоянного тока, то тут ваще!!! можно чудеса творить )) Но таких технологий наверное почти нет. Очень уж дорого получается.


Двигатель лучше не отодвигать от ТП, так как растет погонная емкость кабеля и может чего-нибудь пробить высоким напряжением импульсов. Еще хуже отодвигать от двигателя УПП или ПЧ, так как они работают только в импульсном режиме.

[Никита]

Ну если совсем кратко - пуск от УПП надо просчитывать. УПП снижает при пуске напряжение, а вместе с ним и ток. Получается, что фактически двигатель пускается пониженным моментом, на тяжелом пуске может и не запуститься с заданным значением пускового тока. В лучшем случае прекратит пуск и уйдет в ошибку, в худшем (был прецедент) - уйдет в режим стабилизации тока и сгорит вместе со стоящей под ограниченным током машиной. Можно конечно поменять ограничение пускового тока в сторону увеличения, но в пределе получим прямой пуск - а тогда смысл УПП...
Короче, на механизмы типа конвейеров применение УПП сомнительно. Их удел - нагрузки с вентиляторной характеристикой. Ибо если есть шанс не пуститься напрямую по причине посадки, то УПП только ухудшит ситуацию, причем электромагнитный момент машины пропорционален квадрату напряжения, будет совсем плохо - это ко второму вопросу.
Что касается ПЧ - тот да, позволяет регулировать момент в обе стороны, а не только снижать. Точнее обеспечивать большие значения момента, чем требуется для данной частоты. Но использование ПЧ исключительно для пуска машины - экономически неинтересно. Обычно такие вещи согласовываются с технологами и АСУшниками и делают так чтобы всем было хорошо.
Ну а нагрев и импульсы и искажения сети характерны для любой импульсной техники, тут надо рассматривать каждый конкретный случай. Возражая Serex'у приведу еще один случай - ПЧ (правда мощный на 6кВ) с коротким кабелем гадит так, что его видно на соседних ТП на стороне 0,4, а такой же аппарат с кабелем длиной 1,5 км практически незаметен - емкость кабеля делает свое дело. Да, здоровья кабелю это не добавляет, но это просто к тому что ЭМС надо рассматривать отдельно в каждом конкретном случае. Как и нагрев, тут наиболее яркий пример - оборотистые СТДшки с кованым ротором:)

[Serex]

ЭМС надо рассматривать отдельно в каждом конкретном случае.

Хех :)... а что есть еще проектировщики, которые расчитают ЭМС.
Покажите мне эти драгоценные экспонаты :)
Так, придерживаются каких-то общих принципов ЭМС, но считать....не видел такого, увы ... грустно и смешно ...

[Михайло]

ПЧ накапливает небольшую энергию в звене постоянного тока. Поэтому в момент пуска нагрузка на сеть при использовании ПЧ немного, но снижается по сравнению с УПП. Это наверное единственное реальное преимущество ПЧ перед УПП и прямым пуском. Проблема ведь заключается в том, что сеть слабая. Очень грубо говоря, "пусковой" мощности сети не хватает для страгивания конвейера. Подключение двигателя к той же слабой сети через условно пассивные устройства типа ПЧ и УПП вряд ли улучшит ситуацию.

[Никита]

ПЧ накапливает небольшую энергию в звене постоянного тока. Поэтому в момент пуска нагрузка на сеть при использовании ПЧ немного, но снижается по сравнению с УПП. Это наверное единственное реальное преимущество ПЧ перед УПП и прямым пуском.

Уточню - в момент трогания. А вот дальше - разгон до номинала - можно затянуть процесс, проводя его с меньшим ускорением, тем самым "размазав" затраты энергии во времени.
Это если на пальцах. Если чуть поумнее - механическая мощность есть произведение оборотов и момента. Изменение частоты питающего напряжения позволяет "проскочить" точку критического момента машины на меньшей частоте. Скольжение с косинусом опять же...

[Михайло]

Тьфу, блин точно! Забыл такую вещь как увеличение момента при снижении частоты. Давно ведь известно, что асинхронный двигатель от ПЧ запускается легко, когда прямой пуск показывает плачевные результаты... Как-то заморочили мне и всем голову со "слабой" сетью...
Все предыдущее мои тезисы можно выкинуть на помойку. Констатирую: проблема не в мощности сети, а в принципе работы асинхронного двигателя. АД всегда славился хреновыми пусковыми свойствами. При работе совместно с ПЧ эти свойства не имеют место быть. Вывод: ставить ПЧ и все заработает на "ура". УПП не поможет.

[Барий]

В итоге получается, что мнение производственников верное.
Условия задачи 2 я специально записал критическими, когда при ПП двигатель "висит", что будет при запуске ПЧ. Теоретически шансы на запуск есть, что будет на практике - неизвестно.

Проектировщиков можно конечно хаять, и даже нужно, иначе у них развития не будет :-)
Но тут стоит понимать, что мы тоже всегда ограничены чем-то. Есть сроки проектирования, есть стоимость проекта, которая, как правило минимальна и определена на тендере. На самом деле проектанты никогда не будут считать ЭМС, потому что им за это просто не заплатили и текущие нормы проектирования этого не требуют. Конечно же, со своей стороны я всегда иду навстречу заказчику, и невзирая на стоимость проекта стараюсь поддерживать полноту и качество разрабатываемой документации.

На самом деле использование ПЧ для пуска не всегда экономически невыгодно. Когда заходит речь о деньгах, что проще, запитаться от существующей удаленной ТП + подстраховаться и установить ПЧ, или построить новую ТП для пары конвейеров? Я думаю ответ очевиден и диктует его заказчик.
И в данном случае я не совсем соглашусь с Никитой, по поводу согласования с технологами и АСУшниками. Технологи здесь главные, они диктуют свои требования, отвечающие коммерческим интересам или необходимостью своего производства, далее энергослужба должна обеспечить эти хотелки технологов, а АСУшники удовлетворяют хотелки и тех и тех. Во всяком случае у нас так. Очень редко нижний уровень автоматизации подстраивается под верхний, разве что в существующих системах.

По поводу УПП. Вчера долго проводил эксперименты с Win Soft-Starter, особо ничего хорошего не вышло, если загоняю параметры в критические диапазоны - то либо двигатель вообще запуститься не может, либо пусковой ток высокий. Интересная софтина, правда глючит на Win7. Еще бы для частотников нечто подобное было, чтоб наглядно сравнить графики.

Вообще, подобные ньюансы возникают достаточно редко, поэтому обмен практическим опытом и знаниями очень полезны.

[Михайло]

Почитайте мой последний пост. Он дает точный ответ.

[Барий]

Михайло, я прочитал, мы параллельно сообщения писали :-)

[Никита]

Еще бы для частотников нечто подобное было, чтоб наглядно сравнить графики.

Matlab и simulink в помощь..
Кстати, сразу интересный вопрос - Характеристику нагрузки (конвейера в Вашем случае) представляете вертикальной или есть какие-то усложнения?
А что касается согласования - я ж не про согласование и протаскивание, я про то "чтоб всем хорошо". Энергетики говорят "у нас меньше просадки, у технологов не будет рывков, АСУшники смогут управлять скоростью и контролировать параметры, в том числе и энергопотребление.. Хорошо?". Технологи и АСУшники говорят "да, неплохо". Потом каждый пишет свои прелести от применения ПЧ и все вместе идут просить на него денег. Как-то так.
А ЭМС просчитывать на разумной длине фидеров не надо. Есть максимальная длина, есть длина с которой рекомендуются фильтры. Для выхода эти данные приведены в руководстве и завязаны на частоту коммутации. Для входа - мост он мост и есть. Тут больше опыт проектировщика...

[Барий]

Ну я бы не сказал, что вертикальной. Если имеется ввиду график момента, то он скорее нелинейный наверно получится.
Сегодня могут работать в половину производительности конвейера, завтра на него могут сыпать 1,1.
В последнее время механики (те что в проекте) перестраховываются и закладывают на порядок больше, в том числе и двигатель.
Далее перестраховываемся мы и закладываем тоже на порядок больше пусковую (частенько заказчик сам просит перестраховаться), малоли чего будет.
Вот бухнули на длинный конвейер 1,1 от нормы, а он возьми и встань в момент перегруза по блокировке. И весь цех берет лопаты и разгружает ленту, чтоб запустить можно было, и такие случаи были.
Поэтому надо расчитывать на наихудший вариант, во всяком случае в проекте, лучше перестраховаться (хотя не все с этим мнением согласны).

[Никита]

Имеется в виду механическая характеристика нагрузки. Момент от оборотов или наоборот - обороты от момента, кому как удобнее. Мне привычнее совмещать второй вариант с "унитазообразной" характеристикой машины (с осью момента по горизонтали). Поэтому по русски - зависимость момента от скорости (имеющая значение для расчета) есть, или ей можно пренебречь и считать момент механизма постоянным? То что во времени на транспортерах нагрузки меняются - это понятно, тут кстати частотник сможет помочь, естественно в разумных пределах.
Просто пытаюсь понять в каком режиме будет работать привод. Михайло тут писал про возможность увеличить момент на низкой частоте - теоретически, конечно, можно работать с показателем 0,5, постоянной мощностью и задранным на низах моментом, на практике - перегрев машины на пониженных частотах, да и увеличение потока на низкой частоте упрется в насыщение . Кстати, охлаждение машины, я так понимаю, естественное?
Поэтому и вопрос - нет ли подвохов в нагрузке, насколько применима линейная зависимость напряжения от частоты. Понятно, конечно, что современные векторные аппараты с законом управления сами разберутся, но физику и законы сохранения то никто не отменял, тоже можно попасть либо в неконтролируемый перегрев либо в постоянные аварии...

[Михайло]

Понятно, конечно, что современные векторные аппараты с законом управления сами разберутся, но физику и законы сохранения то никто не отменял, тоже можно попасть либо в неконтролируемый перегрев либо в постоянные аварии...

Понимаешь, Никита, это уже другая проблема, что движок выбрали недостаточной мощности. Тут уже ничего не поделаешь, никакой ПЧ и звезда/треугольник не поможет... Увеличивать мощность и все.

[atamkosta]

Если не секрет, о каких мощностях идет речь?
Если на 80-ти метрах существенно влияет кабель?
И какое сечение этого кабеля?

[Никита]

Понимаешь, Никита, это уже другая проблема, что движок выбрали недостаточной мощности. Тут уже ничего не поделаешь, никакой ПЧ и звезда/треугольник не поможет... Увеличивать мощность и все.

Ну с мощностями-то судя по посту автора все хорошо. Просто есть редкие нетиповые нагрузки, в которые можно попасть. Для примера - подача на конвейер идет с постоянной скоростью, независимо от скорости ленты. То есть при снижении скорости количество груза на погонный метр увеличивается, момент нагрузки растет. В пределе при остановленном конвейере его засыплет намертво и не запустишь уже ничем :). Так что тут кроме мощностей есть и другие факторы, часто зависящие именно от АСУшников и работы смежных систем.