Какие особенности приводов высокой производительности Altivar серии ATV340?
Частотный преобразователь Altivar серии ATV340 компании Schneider Electric предназначен для высокопроизводительных электродвигателей от 0,75 до 75 кВт. Привод Altivar серии 340 держит высокий крутящий момент, а также стремится соответствовать таким жестким требованиям систем, таким как заданое ускорение, поддержание высокого крутящего момента или скорости. Привод совместим с широким диапазоном двигателей, таких как асинхронные (стандартов IE2, IE3); синхронные; реактивные двигатели (стандартов IE4, IE5) для различных областей применения.
Новые высокопроизводительные приводы Altivar серии ATV340
Привод позволяет регулировать частоту на выходе до 400 Гц, и предназначен для динамических нагрузок, требующих быстрое ускорение и время остановки. Этот привод позволяет выдерживать высокие перегрузки по току вплоть до 220% от номинального крутящего момента.
Приводы Altivar серии ATV340 включают в себя функции, которые упрощают конструкцию машины и сокращают время, начиная от подбора компонентов системы до ввода её в эксплуатацию. Доступные коммуникационные протоколы включают: PROFINET, PROFIBUS Modbus, EtherCAT, DeviceNet, CANopen, Bluetooth и Multi-Ethernet.
Меньше времени простоя
Приводы используют вставные разъемы, так что замена привода в случае поломки занимает всего несколько минут, и конфигурация привода автоматически загружается из ПЛК. С помощью записи данных и мониторинга локальной системы через встроенный веб-сервер, пользователь получит доступ к любым типам данных в любое время и в любом месте. Эта информация может быть полезна для профилактического обслуживания для избегания поломок.
Привод ATV340 соответствует стандартам безопасности машин и кибербезопасности для обеспечения прочной защиты сотрудников и имущества. Он совместим со стандартами безопасности EN ISO 13849-1 и EN-62061.Altivar 340 предназначен для работы в жестких условиях эксплуатации, таких как вибрация, удары и наличие токонепроводящей пыли.
Применение преобразователей частоты Schneider Electric в многодвигательных промышленных машинах
Развитие производства привело к появлению сложных машин с большим количеством исполнительных механизмов, приводимых в движение электродвигателями. При этом в механизмах используется либо один электродвигатель, соединенный со всеми рабочими органами через механические передачи, либо для каждого рабочего органа предназначен индивидуальный электродвигатель или даже группа электродвигателей. Машины с несколькими индивидуальными электродвигателями относятся к многодвигательным системам [1].
Использование механизма индивидуального электродвигателя для каждого рабочего органа упрощает производственные машины за счет уменьшения количества кинематических связей, позволяет удобнее разместить рабочие органы, а также делает возможным регулирование скорости вращения отдельных рабочих органов машины. Однако чтобы обеспечить независимое управление каждым рабочим органом, требуется предусмотреть синхронный пуск и останов, поддержание требуемого соотношения моментов, возможность сложных зависимостей между скоростями разных рабочих органов и т. д. Большинство этих задач решается с помощью организации системы автоматизированного управления на базе преобразователей частоты. Преобразователи частоты в таких системах должны обеспечивать поддержание необходимого момента, быструю реакцию на его изменение, высокую динамику и большую глубину регулирования скорости, а также возможность работы в двигательном и тормозном режимах. Данным требованиям отвечают преобразователи частоты Altivar Process серии ATV900 и Altivar Machine серии ATV340 компании Schneider Electric. Их основные характеристики приведены в таблице 1.
Таблица 1. Основные характеристики преобразователей частоты Altivar Process ATV900 и Altivar Machine ATV340
Параметр
Altivar Process ATV900
Altivar Machine ATV340
Диапазон мощности для трехфазного питания 380 В, кВт
Перегрузочная способность по току, %
Перегрузочная способность по моменту, %
Работа с асинхронным двигателем
Векторное управление потоком в замкнутой системе. Векторное управление напряжением в разомкнутой системе.
Скалярный закон управления с возможностью формирования отношения U/f по пяти точкам.
Работа с синхронным двигателем
Векторное управление потоком.
Векторное управление с обратной связью по скорости.
До 90 кВт встроенный, при более высоких значениях нужен дополнительный модуль
Каждый рабочий орган производственной машины выполняет определенную функцию, но их действия должны быть слаженными, чтобы обеспечить работоспособность всей машины. Для этого необходимо, чтобы все рабочие органы были организационно взаимосвязаны. Что достигается либо синхронизацией работы отдельных рабочих органов путем настройки их на определенные повторяющиеся циклы, либо за счет управления электроприводами рабочих органов от общей системы управления, объединенной с ними информационными каналами. В тех случаях, когда применяются преобразователи частоты, предпочтительнее вариант с общей системой управления. Для подключения преобразователей частоты Altivar Process ATV900 и Altivar Machine ATV340 к автоматизированной системе управления используются коммуникационные интерфейсы, аналоговые или дискретные входы-выходы, а также их комбинация. В таблице 2 приведен перечень коммуникационных интерфейсов этих преобразователей частоты.
Таблица 2. Коммуникационные интерфейсы преобразователей частоты Altivar Process ATV900 и Altivar Machine ATV340
Рассмотрим вариант структуры системы управления преобразователями частоты для стана холодной прокатки (рис. 1). В состав прокатного стана входят электроприводы моталки, разматывателя и электроприводы рабочих клетей, каждый из них связан по каналу Ethernet с программируемым логическим контроллером. Полоса металла, скрученная в рулон, с разматывателя проходит сквозь несколько клетей, уменьшающих ее толщину, и снова наматывается в рулон на моталке. В процессе работы стана система управления контролирует угловую скорость моталки, разматывателя и скорости валков, а также линейную скорость ленты, обеспечивает строгую зависимость между угловыми скоростями всех элементов для сохранения нужной толщины полосы металла и ее целостности.
Рис. 1. Структура системы управления преобразователями частоты для стана холодной прокатки
На производстве в состав многодвигательных промышленных систем могут входить электродвигатели, которые периодически или постоянно работают в режиме рекуперации электроэнергии. В таблице 3 приведены примеры электропривода механизмов в случае, когда возможен периодический или постоянный режим рекуперации.
Таблица 3. Примеры механизмов, электроприводы которых работают в рекуперативном режиме
Вид привода
Условие
Электроприводы подъемных механизмов кранов и порталов
Приводы входной и выходной моталки в реверсивных прокатных станах
При изменении направления движения после каждого пропуска металла
Приводы разгрузочной части в агломерационной машине конвейерного типа
Постоянно, для плавного спуска тележек с верхней ветви агломерационной машины на нижнюю
Электроэнергию, отдаваемую в сеть электродвигателями при рекуперации, могут потреблять другие электродвигатели, питающиеся от той же сети. В случае использования электродвигателей с преобразователями частоты рекуперация электроэнергии в сеть осуществляется с помощью управляемого выпрямителя напряжения. Для этой цели компания Schneider Electric разработала преобразователи частоты с активным выпрямителем напряжения Altivar Process ATV980 [3]. При применении неуправляемого выпрямителя возврат электроэнергии в сеть невозможен. В этом случае для использования энергии рекуперации электродвигателями, работающими в двигательном режиме, преобразователи частоты всех электродвигателей объединяют по звену постоянного тока [4]. Такое объединение приводит к уменьшению потребления общей электроэнергии из сети. При этом возможно сокращение числа и номиналов тормозных устройств и тормозных резисторов, на которых рассеивается энергия рекуперации.
Для преобразователей частоты Altivar Machine ATV340 и Altivar Process ATV900 применяют три варианта объединения по звену постоянного тока [4]:
Рис. 2. Варианты объединения преобразователей частоты Altivar по шине постоянного тока: а) первый вариант; б) второй вариант; в) третий вариант
Первый вариант объединения, по звену постоянного тока, возможен только для преобразователей частоты с одинаковой топологией выпрямителя. В том случае, если многодвигательная система состоит из большого количества электродвигателей с разными номинальными мощностями, целесообразно применять вариант, когда все преобразователи частоты питаются только постоянным током от одного общего выпрямителя.
Также компания Schneider Electric выпускает системы преобразователей частоты Altivar Process ATV990 для управления несколькими электродвигателями, часть из которых периодически или постоянно работает в режиме рекуперации электроэнергии. При этом они могут иметь как общий неуправляемый выпрямитель (ATV991), так и управляемый (ATV992), который осуществляет возврат электроэнергии в сеть.
Электродвигатели одного рабочего органа производственной машины могут быть объединены между собой жесткой, фрикционной или упругой связью. Особенностью такого объединения является одинаковое и одновременное управление электродвигателями рабочего органа. При объединении нескольких электродвигателей на одну нагрузку скорость всех электродвигателей одинакова, а момент должен распределяться равномерно между всеми электродвигателями.
Применение нескольких электродвигателей, объединенных на одну нагрузку, позволяет использовать электродвигатели меньшей мощности и меньших габаритов, чем в случае применения одного электродвигателя, уменьшить суммарный момент инерции и нагрузку на зубчатые передачи и другие элементы конструкции, а также упростить кинематические связи механизма. В промышленности объединение электродвигателей на общую нагрузку используется в таких механизмах, как вращающиеся печи, мельницы, конвертеры, грохоты, прокатные станы, конвейеры, краны и т. д.
При применении преобразователей частоты для регулирования скорости вращения рабочих органов производственной машины возможны следующие варианты управления объединенными на одну нагрузку электродвигателями: подключение всех электродвигателей к одному преобразователю частоты (рис. 3а) или использование индивидуального преобразователя частоты для каждого электродвигателя (рис. 3б).
Рис. 3. Варианты управления объединенными на одну нагрузку электродвигателями: а) подключение к одному преобразователю частоты; б) подключение отдельного преобразователя частоты к каждому электродвигателю
В случае подключения нескольких электродвигателей к одному преобразователю частоты на его выходе формируется напряжение в соответствии с некоторым абстрактным электродвигателем, имеющим усредненные характеристики по всем электродвигателям. Из-за того, что характеристики электродвигателей одного конструктивного исполнения могут отличаться друг от друга, их механические характеристики также разнятся. При этом могут отличаться как синхронные скорости, так и жесткости механических характеристик. Также электродвигатели могут работать в различных условиях: например, может быть неодинаково распределена нагрузка между ними или может неодинаково осуществляться охлаждение. В результате одни электродвигатели будут нагружать другие и даже возможен переход части электродвигателей в генераторный режим. При этом преобразователь частоты не отслеживает эти процессы, что является недостатком такого способа управления. Другой недостаток подключения нескольких электродвигателей к одному преобразователю частоты — преобразователь не может обеспечить защиту каждого электродвигателя в отдельности.
При применении для каждого электродвигателя индивидуального преобразователя частоты электродвигатели также могут нагружать друг друга. Однако ввиду того, что электродвигатели электрически не связаны между собой, можно управлять созданием момента для отдельных электродвигателей.
Для преобразователей частоты Altivar Machine ATV340 и Altivar Process ATV900 есть два варианта структуры управления электродвигателями, объединенными на одну общую нагрузку и управляемыми от индивидуального преобразователя частоты:
При объединении преобразователей частоты Altivar Machine ATV340 или Altivar Process ATV900 только по заданию скорости вращения компенсация взаимного нагружения электродвигателей осуществляется за счет функции «выравнивание нагрузки» [2]. Данная функция позволяет обеспечить более «мягкую», чем естественная, механическую характеристику электродвигателя. Что, в свою очередь, дает возможность сделать одинаковыми механические характеристики всех электродвигателей. Следовательно, одинаковое повышение момента нагрузки будет провоцировать одинаковое снижение скорости вращения роторов всех объединенных электродвигателей. Что в итоге позволит избежать взаимной нагрузки электродвигателей друг другом.
Если выбран второй вариант, то при объединении преобразователей частоты Altivar Machine ATV340 или Altivar Process ATV900 по заданию скорости вращения и сигналу, пропорциональному моменту на валу одного из электродвигателей, возможно автоматическое выравнивание нагрузки между электродвигателями. При этом преобразователь частоты, который передает сигнал, пропорциональный моменту, является ведущим, а остальные — ведомыми. Ведомые преобразователи частоты будут управлять электродвигателями так, чтобы уравновесить нагрузку. Для Altivar Machine ATV340 и Altivar Process ATV900 возможно объединение ведущего преобразователя частоты с ведомым либо по аналоговому сигналу, либо по Ethernet через MultiDrive Link [2]. Во втором случае возможно объединение до десяти преобразователей частоты.
В зависимости от того, жесткой или упругой кинематической связью объединены электродвигатели ведущего и ведомых преобразователей частоты, возможен различный выбор настройки системы «ведущий–ведомый»: «Rigid» (для жесткого объединения) и «Elastic» (для упругого объединения). Эти два варианта настройки различаются тем, что в режиме «Elastic» возможно устранение нежелательных колебаний, возникающих из-за упругой связи, за счет настройки встроенных фильтров.
Заключение
Электропривод на основе преобразователей частоты Altivar Machine ATV340 и Altivar Process ATV900 обладает функциональными свойствами, необходимыми для работы в многодвигательных промышленных машинах:
Благодаря этому возможно построение высокодинамичных производственных машин с небольшим количеством механических передач, с более удобным и компактным размещением рабочих органов, с меньшими моментами инерции вращающихся частей, с гибким управлением технологическим процессом вследствие управления скоростью каждого рабочего органа. Также использование данных преобразователей позволяет снизить общее энергопотребление промышленными машинами, в состав которых входят электроприводы, работающие в генераторном режиме.
Привод Altivar 340 – это мощный привод, который должен соответствовать возможностям двигателей вашего оборудования с точки зрения пикового крутящего момента и характеристик по частоте вращения. Altivar 340 предназначен для применения в динамичном оборудовании, в котором может потребоваться быстрый выход на рабочий режим (время установления рабочего режима).
Преобразователи частоты Altivar 340 характеризуются высокой надежностью при больших перегрузках и могут быть адаптированы к работе с оборудованием с крутящим моментом, равным 220 % от номинального момента. Привод Altivar 340 может совместно использоваться с широким диапазоном двигателей – как с асинхронными двигателями (IE2, IE3), так и с синхронными двигателями (IE4, IE5) – для различного оборудования, с управлением с обратной связью и без обратной связи.
• Беспрецедентные характеристики автоматизации
Привод Altivar 340 перенесет ваше оборудование на новый уровень автоматизации по времени реакции. Его характеристики в режиме реального времени обеспечивают наилучшее управление оборудованием.
• Сокращенное время проектирования оборудования
Altivar 340 помогает сократить время каждого этапа проектирования оборудования, за счет этого оборудование готово к работе в максимально сжатые сроки.
— Расширенный диапазон интерфейсов, большое число вводов/выводов, большое число Ethernet-протоколов, PTI/PTO, встроенный кодировщик и большое число интерфейсов обеспечивают максимальную гибкость при проектировании архитектуры.
— Простая конфигурация «ведущий/ведомый», режим позиционирования, интегрированные прикладные функции облегчают работу с подъемными устройствами, транспортировку и обработку материалов и обращение с упаковочным оборудованием.
• Простая интеграция автоматизации
• Поддерживаемая эксплуатация оборудования
• Надежное проектирование для долговременной эксплуатации
Привод Altivar Machine 340 был разработан для удовлетворения требований по применению в жестких условиях эксплуатации с точки зрения вибраций и ударных нагрузок; также обеспечивается устойчивость к воздействию непроводящей пыли и высоких температур (до 60 °C). Соответствие требованиям класса 3C3 и 3S3 стандарта IEC60721-3-3.
• Защита персонала и оборудования с гарантией бесперебойности работы
Привод Altivar Machine 340 соответствует требованиям стандартов по безопасности оборудования и компьютерной безопасности, для обеспечения надежной защиты персонала и оборудования. Соответствие требованиям стандартов EN ISO 13849-1 и EN-62061 по безопасности оборудования.
ПРИМЕНЕНИЕ
— использование подъемного оборудования.
Не знаете как определиться? Ознакомьтесь подробнее в нашей статье что такое частотный преобразователь и как правильно его выбрать!
