U slučaju da se ne uspije osigurati sigurnost, potrebno je osigurati da se ne dovode u pitanje propisi o zaštiti.

Osnovni problem motornih motora s velikim obrtnim momentom

U industrijskim sustavima B2B, radionicama izvan mreže i pomorskim instalacijama, inženjeri često susreću stalni problem: visokokvalitetni pretvarači snage koji se trče zbog preopterećenja pri pokušaju pokretanja električnih motora. Čak i kada je kontinuirana nominalna snaga pretvarača veća od nominalne snage motora za naizgled sigurnu maržu, pokušaj pokretanja ne uspijeva. Ovaj se kvar manifestuje brzim padom napetosti mjenjača, nakon čega slijedi prekoračenje struje na pretvaraču.

U ovom članku pruža se tehnička analiza razloga zbog kojih se ovi kvarovi javljaju i pružaju se primjenjive inženjerske strategije za prevazilaženje uskih grla u vezi s kapaciteta porasta prilikom pokretanja teških indukcijskih strojeva.

Pitanje: Zašto standardni pretvarači otkažu prilikom pokretanja motora visokog obrtnog momenta, i kako riješiti ograničenja kapaciteta pojačanja?

Za rješavanje kvarova u kapacitetu prelivanja pretvornika s motorima visokog obrtnog momenta, integratori sustava moraju riješiti nesukladnost između prolaznog mehaničkog pokretnog momenta motora i zaštite pretvornika od ograničavanja električne struje. To se rješava izračunavanjem stvarnih zamčanog rotornog ampera motora, provjerom mogućnosti C-rate baterije, minimiziranjem impedance DC kabla i primjenom elektroničkih tehnologija mekog pokretanja ili odabirom torodnih pretvarača visokog naponu poput onih koje proizvodi JYINS.

Razumijevanje fizike motornih startapa

Da bismo razumjeli zašto se pretvarač pokreće, moramo pogledati elektromagnetno ponašanje indukcijskih motora. Kad je električni motor u mirovanju, njegov rotor je neotkriven, a njegova unutarnja magnetna polja nestabilna.

U trenutku pokretanja (vreme nule), motor predstavlja stanje poznato kao zaključani rotorski amperi (LRA). U tom stanju ne postoji povratna elektromotorna sila (Back EMF) koju stvara rotor koji se okreće kako bi se suprotstavio naponu mreže. Stoga se motor ponaša kao čisti induktivni kratki spoj.

Tijekom ovog prolaznog perioda pokretanja (koji može trajati od 200 milisekundi do nekoliko sekundi ovisno o inerciji opterećenja), struja koju motor vuče raste do 5 do 8 puta veće od nominalne struje. Primjerice, industrijska vakuumska pumpa od 1,5 kW (2 KS) koja radi na 230 V AC-u koristi oko 6,5 A. Međutim, tijekom pokretanja, njegova LRA može lako dostići 35A do 50A, zahtijevajući više od 10 kW očite snage (VA).

Osim toga, primjene visokog obrtnog momenta (kao što su pumpe za vodu iz dubokih bunara, kompresori za hlađenje, slomilice i hidraulički pogonski paketi) zahtijevaju visok početni obrtni moment kako bi se prevazišlo statičko trenje i inercija. Visoki obrtni moment je u neposrednoj vezi s visokom strujom. Ako je struja ograničena, motor ne može proizvesti dovoljno obrtnog momenta za okretanje, što produžava trajanje LRA-a i produžava ekstremno električno opterećenje izvora napajanja.

Zašto se inverteri okreću: zaštitni mehanizmi

Za razliku od električnih mreža, koje imaju gotovo beskonačnu strujnu sposobnost da se vozi kroz pokretne uzbude, inverter snage je statički elektronički uređaj s strogim fizičkim ograničenjima na dostavljanje struje. Da bi se zaštitio od katastrofalnih kvarova, pretvarač prati nekoliko parametara:

• MOSFET vrhunac prekrčenja struje: Metalo-oksid-poluprovodnici tranzistori polnog učinka (MOSFET-ovi) unutar pretvarača su označeni za određenu maksimalnu struju. Ako motorska LRA premaši ovu granicu, kontrolna petlja pretvarača odmah će isključiti upravljače vrata (u mikrosekundama) kako bi se spriječio toplinski otpad silicijuma.
• DC-Link kondenzator iscrpljenje: Inverteri pretvaraju DC snagu u visokonaponsku AC. Kada se zahtijeva masivan nagon, energija pohranjena u unutarnjoj DC-link kondenzator banci iscrpljuje se u milisekundama. Ako izvor ulaza u DC (baterija) ne može dovoljno brzo dopuniti ovu energiju, napon u DC-busu opada, što uzrokuje kvar pod naponom.
• DC ulazni napon: Upućajni napon zahtijeva stotine ampera iz DC baterije. Ovaj veliki protok struje uzrokuje pad napona preko unutarnjeg otpora baterija i kablova za isporuku DC-a. Ako ulazni napon na terminalu pretvarača padne ispod ograničenja niskog napona (obično 10,5V za pretvarače 12V ili 42V za pretvarače 48V), pretvarač se isključuje kako bi zaštitio bateriju od preopterećenja.

U slučaju da se radi o proizvodnji električne energije, potrebno je upotrebljavati električnu energiju.

Prilikom projektiranja sustava inženjeri moraju izračunati vrhunsku snagu za pokretanje, a ne nominalnu snagu za pokretanje. Evo korak po korak inženjerski pristup:

• Korak 1: Identificirajte početne karakteristike motora. Pogledajte na oznake motora za NEMA dizajn kod ili direktno LRA rating. Ako se ne može koristiti, kao sigurnosni standard upotrijebi pomnožač od 6 puta kontinuirane snage.
• U slučaju da je to potrebno, provjerite: U slučaju da se ne može primijeniti sustav za obrnute struje, potrebno je osigurati da se ne smanji količina topline u motoru.
• Korak 3: Podudarajte pretvornik s pretvornikom. U slučaju da je to moguće, mora se provjeriti da je to moguće. Ako je motor snage 1,5 kW potreban za pokretanje 9 kW tijekom 1,5 sekundi, pretvarač mora biti opremljen tako da može nositi najmanje 9 kW vrhunskog napona tijekom tog razdoblja.
• Korak 4: Provjerite kapacitete baterije. Ako je to potrebno, sustav s baterijama od 48 V koji isporučuje 9 kW napetosti mora isporučiti više od 187 A jednokratne struje. Ako je potrebno, potrebno je osigurati da se u skladu s tim kriterijima ne koristi električna energija.

Strategije za rješavanje problema i ublažavanje problema

Ako se pojavljuje otvaranje pretvarača tijekom pokretanja motora, primjenite sljedeće postupke za sustavno rješavanje problema:

• 1. za U slučaju da se radi o električnom naponskom naponu, potrebno je utvrditi da je električni naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski naponski napons Visoki otpor kabla uzrokuje značajan pad napona pod visokom strujom. Za pretvarače visokog napajanja koristite čiste bakarne kablove od 4/0 AWG (95 m2) i provjerite da li su svi čepovi sigurni.
• 2. - Što? Uvođenje elektroničkih mekanih startera: Mekanik za mekani start koristi prekidače čvrste stanja (SCR) kako bi postupno povećavao napon koji se isporučuje motoru tijekom pokretanja. To produžava rampu za pokretanje s milisekundi na nekoliko sekundi, smanjujući vrhunsku struju upale za do 50% do 60%. To omogućuje manjem pretvaraču da uspješno pokrene motor visokog obrtnog momenta.
• 3. Slijedi sljedeće: Uvođenje pogona s promenljivom frekvencijom (VFD): VFD je konačno rješenje za upravljanje promenljivom brzinom i pokretanjem. Pretvara ulazne AC u DC i zatim natrag u AC na promjenjivoj frekvenciji i naponu. U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, VFD može uključiti motor s visokim obrtnim momentom u motor koji je uključen u motor.
• 4. - Što? U slučaju da je to moguće, potrebno je uzeti u obzir i druge vrste uređaja. Niskofrequency inverteri, kao što je JYINS Heavy-Duty serija, koriste masivne, prevelike toridalne bakrene transformatore. Ove magnetne jezgre mogu pohranjivati elektromagnetnu energiju i nositi se s fizičkim udarcima od tri puta većim od kontinuiranog za do 10 ili 30 sekundi. Ovaj pasivni toplinski i magnetni tampon je vrlo otporan na oštre indukcijske šiljke motornih pokretača.

Zaključak

Rješavanje kvarova u pretjeranjima pretvarača s industrijskim motorima visokog obrtnog momenta je pitanje usklađivanja električnih mogućnosti s mehaničkim stvarnostima. Shvaćajući da indukcijski motori zahtijevaju ekstremne struje za pokretanje (LRA), inženjeri mogu ispravno veličati opremu, minimizirati pad napona sustava putem visokogalijnih žica za jednokratni struju i koristiti elektroničke mekane startere ili VFD. Za najzahtjevnija industrijska okruženja B2B, odabir niskofrequency pretvarača s torodnim transformatorima, kao što su robusne jedinice koje je izgradio JYINS, pruža potrebnu sigurnosnu maržu i trajnost hardvera kako bi se stroj održao glatko.