Разгон АД на частоты, выше номинального в 6 раз векторным управлением, Асинхронный электродвигатель с КЗ ротором на 1500 об/мин Опции

[Ais88]

Добрый день. Интересует возможность вывода асинхронника с КЗ ротором на обороты в 6-7 раз превышающие номинал. Номинал 1500 об/мин, нужно 10000 об/мин. Используется ПЧ с векторным управлением. Все что нашла в интернете, это увеличение оборотов в 2 раза. Двигатель будет использоваться в кратковременном режиме. Время работы не более 20 мин, поэтому кратковременный нагрев допускается

[novikovfb]

Все что нашла в интернете, это увеличение оборотов в 2 раза.

не забывайте про токи Фуко в сердечнике статора, рассчитанном на 50 Гц. На 500 Гц можете получить короткозамкнутый статор.

[Den64]

Мощность на таких оборотах уменьшится. Если конечно удастся разогнать без повышения напряжения. Может есть смысл использовать коллекторный двигатель..

[AlexandrY]

Добрый день. Интересует возможность вывода асинхронника с КЗ ротором на обороты в 6-7 раз превышающие номинал.

Частотники OMRON MX2 имеют режим вывода асинхронника на 400 Гц

[Ais88]

На ХХ разгоняется. До 12000 об/мин. Греется адски, вихревые токи наводятся, толщина пластин 0,35 мм все таки. Про КЗ статор первый раз слышу, но забавно представить))) Мощность теряется, меня устраивает 10-кратная потеря в мощности. Только на 6000 об/мин ротор срывается и опрокидывает движок. Коллекторник имеется ввиду ДПТ? Пока это даже не рассматривала, так как система уже в сборе, мне досталось по наследству на доработку от предыдущего конструктора. Напряжение 380 В увеличивать - это же нужно ПЧ менять... Или транс ставить на выход

Частотники OMRON MX2 имеют режим вывода асинхронника на 400 Гц

Nordac тоже выводит до 400 Гц, но вот не выводит))))

[Den64]

Редуктор механически можно поставить. Ременной или шестерёнчатый. Коллекторный двигатель и от переменного и от постоянного тока работать может.

... так как система уже в сборе, мне досталось по наследству на доработку от предыдущего конструктора...

У предыдущего конструктора работало?

[Ais88]

У предыдущего только на ХХ

[Den64]

Двигатель с номинальными оборотами около 3000 думаю проще разогнать. Возможно бывает такой двигатель аналогичного размера с Вашим.

[AlexandrY]

Nordac тоже выводит до 400 Гц, но вот не выводит))))

Сравнили однако.
У OMRON все параметры электрической модели движка вводятся. Плюс 200% способность к перегрузке.
Гораздо точнее тюнинг закона управления чем у Nordac

[Guest_TSerg_*]

Двигатель будет использоваться в кратковременном режиме.

В одноразовом, так точнее.

[BackEnd]

А видео в YOUTUBE выложите?

[Herz]

Добрый день. Интересует возможность вывода асинхронника с КЗ ротором на обороты в 6-7 раз превышающие номинал. Номинал 1500 об/мин, нужно 10000 об/мин.

Очень плохая идея. Вспомните ещё и о подшипниках. Этому мотору капец придёт так быстро, что лучше сразу его менять на подходящий и не заниматься мучительством.

[khach]

Двухполюсные двигатели гоняются до таких оборотов. Т.е те что с номиналом 3000 об/мин. Частотник трехфазный по питанию, а двигатель коммутировать на треугольник ( т.е на 220 межфазного)- получаем запас по мощности, только номинальную частоту надо ставить не 50 а 87 Гц при настройке частотника. Подшипники менять- растачивать гнезда в боковых крышках двигателя, подшипники- напряженная пара шариковых с угловым контактом (7000 или 7200 серии) как в скоростных шпинделях. Ну и окружные скорости ротора надо учитывать- если скорость наружной поверхности ротора будет больше 80 м/сек то ротор может порвать центробежными силами. Это для алюминиевых беличьих клеток, у фирменных скоростных шпинделей беличья клетка залита медью а не алюминием. Лучше всего гоняются низкопрофильные двигатели (для дисковых пил)
Балансировка ротора конечно тоже требуется.

[AlexandrY]

Двухполюсные двигатели гоняются до таких оборотов.

Да разогнать то не проблема. Я спокойно разогнал свой движок OMRON-ом почти до 400 ( учитываем скольжение)

Но охладить проблема. Движок сгорит от перегрева по моим прикидкам минут так через 10, где-то за это же время может позже если подливать масло сдохнут подшипники.
Вот характеристика 2 кВт 4-х полюсного движка на 400 Гц -


На движке выделяется что-то около 2.5 кВт без всякой нагрузки на валу.


Вот видео разгона моего мотора - https://youtu.be/U1N4gd6hWpc
А вот как он крутит на 50 Гц - https://youtu.be/pyD0U3sRR08

[khach]

Но охладить проблема. Движок сгорит от перегрева по моим прикидкам минут так через 10, где-то за это же время может позже если подливать масло сдохнут подшипники.

Ну во первых на таких оборотах ременная клиновая передача не применима- шкивы начнут гореть раньше чем обмотки мотора. Или плоский ремень на бочковидных шкивах или круглые пасики.
Во вторых- родной вентилятор на таких оборотах как раз и сожрет всю мощность мотора. Если крыльчатка не разлетится раньше. Ну и отброс потока воздуха идет совсем не туда куда на 50 гц. Так что надо делать охлаждающий кожух - воздуховод по всей длине мотора. И моторы лучше брать в экструзионном алюминиевом корпусе с развитыми ребрами охлаждения. Ну или новый корпус и рубашку водяного охлаждения для статора городить.
Подшипники менять на дуплексы напряженные. Ну или от беды брать серию 3200 - двухрядные с угловым контактом с размерами как у обычных подшипников. Брать с резиновыми боковыми крышками и впрыскивать в подшипник скоростное масло шприцом, что то типа mobile velocity 4 или 6. Если смазывать раз в месяц- то проходят достаточно долго.
ЗЫ. Снизьте частоту ШИМ частотника до минимума, а еще лучше поставьте синусный фильтр между частотником и мотором.

[AlexandrY]

Во вторых- родной вентилятор на таких оборотах как раз и сожрет всю мощность мотора. Если крыльчатка не разлетится раньше.

Какой ужас.
А воздух холодный был.
Я то знаю какой горячий воздух идет от 2 кВт печки.

Боюсь вы немного не поняли даже по видео что на самом деле происходит.

[khach]

Боюсь вы немного не поняли даже по видео что на самом деле происходит.

А что там можно понять по видео? Проскочили несколько резонансных частот- это слышно, визжат подшипники, это тоже по звуку. При таком темпе разгона совершенно свободно можно провернуть ротор относительно вала, требуется шлицевая посадка, а не напрессовка на гладкий вал с натягом.
А чтобы нормально разбираться- надо частотник с логированием в риалтайме, хотя бы с эзернетом, и графики токов, напряжений, потерь омических и реактивных хотя бы раз на период синуса. Скольжение желательно знать, так что неплохо энкодер на вал поставить. И вот тогда по всем этим графикам можно смотреть, что происходит и что с этим делать.
А вот такие двигатели свободно до 400 гц гонятся.

Это обычный низкопрофильный асинхронник на 2 квт после пересадки вала и переднего подшипникового щита и подшипников превращенный в скоростной шпиндель. Обычно для работы в широком диапазоне частот родной вентилятор демонтируют и ставят принудительный обдув, т.к оптимализировать систему охладжения на все обороты невозможно.

[AlexandrY]

вентилятор демонтируют и ставят принудительный обдув, т.к оптимализировать систему охладжения на все обороты невозможно.

Так и у меня низкопрофильный.
Только низкопрофильные это движки с меньшим КПД!
Они сильнее греются.
У них при выделяемой мощности 300 Вт разница между внутренней температурой и температурой на поверхности около 20 град.
Т.е. даже если вы свой движок льдом обложите он через 20 мин сгорит поскольку выделяет внутри себя более 2 кВт.

[khach]

Вообще-то что то тут не так с перегревом. Вот типичная диаграмма эффективности разогнанного асинхронника. При этом номинал 3000 об/мин, потому что именно оттуда начинается падение момента ограниченное напряжением питания.

У меня нет сейчас с данных с разгоном до 24000 об,мин (400 гц), но в начале темы обсуждался 4-полюсник на 400 Гц, что даст только 12000 об/мин. Те не учитывая более сложного взаимодействия полей в статоре для 4 полюсов картина должна быть подобной.
Конечно диаграмма может меняться в зависимости от стали ротора и статора, выбранных параметров обмоток, толщины боковых перемычек беличих клеток итд. Так что единственный вывод - диаграмму надо снимать экспериментально для конкретного двигателя. А для этого нужен тормозной стенд.

[Herz]

Напомню:

Номинал 1500 об/мин, нужно 10000 об/мин.

Мощность теряется, меня устраивает 10-кратная потеря в мощности.
Пока это даже не рассматривала, так как система уже в сборе, мне досталось по наследству на доработку от предыдущего конструктора.

Это даже не модификация 3000-оборотного мотора. Хотя и там, как правильно указал khach, проблема не тривиальная. А тут...
Если доработку понимать с позиций программиста, то идея мёртво рождённая. Никаким чудо-частотником или шаманством с настройками телегу взлететь не заставить.
Это - потерять время и угробить железо. Я бы на месте начальства категорически запретил подобные эксперименты и отправил читать книжки.
А конструктивная доработка, с учётом приемлемости потери мощности, напрашивается сама собой - редуктор.

Во вторых- родной вентилятор на таких оборотах как раз и сожрет всю мощность мотора.

Это совсем не обязательно. Если возрастающая турбулентность не увеличивает вязкое трение, то возможен (и даже вероятнее всего) простой срыв потока с крыльчатки и устремление эффективности вентилятора к нулю. Он просто будет вращаться вхолостую. Это как заткнуть трубу у пылесоса и услышать прирост оборотов из-за снижения нагрузки.
А вот с крыльчаткой - да, могут быть сюрпризы. Потому, если и затеваться, то менять конструкцию обдува.

[AlexandrY]

Это даже не модификация 3000-оборотного мотора. Хотя и там, как правильно указал khach, проблема не тривиальная. А тут...
Если доработку понимать с позиций программиста, то идея мёртво рождённая. Никаким чудо-частотником или шаманством с настройками телегу взлететь не заставить.
Это - потерять время и угробить железо. Я бы на месте начальства категорически запретил подобные эксперименты и отправил читать книжки.
А конструктивная доработка, с учётом приемлемости потери мощности, напрашивается сама собой - редуктор.

Много слов. Достаточно было бы сказать что максимальный момент уменьшается пропорционально квадрату частоты при фиксированном напряжении.
Значит на 400 Гц момент 50 Гц движка упадет в 64 раза, а реально еще больше.

В чем я и убедился. Движок на 400 Гц с усилием разгоняет только собственный ротор без всякой нагрузки.

[Guest_TSerg_*]

"Одноразовое изделие" (С) Прости-Господи.

[khach]

Есть еще один вариант- покупаем горелый двигатель и идем к обмотчику моторов с просьбой перемотать не на 220/380 паспортные, а на 75-80 В межфазного. Более точно сказать трудно, т.к это зависит от того, сколько более толстых проводов влезут в паз статора. Обычно получается даже дешевле, чем перемотать на фабричное напряжение, т.к провода уходит меньше по длине. Ну и гоняйте себе перемотанный двигатель сколько влезет. Сильные потери в железе статора начинаются выше 500 Гц, так что при должном обдуве это не проблема.

[Guest_TSerg_*]

Сильные потери в железе статора начинаются выше 500 Гц

На честном синусе и 1 кГц - нормально.

[NicSm]

Основной нагрев при работе на повышенной частоте в роторе двигателя. Имели опыт двигатель статорные обмотки соединили в звезду на 660В, при работе потребление тока было маленькое.
После отказа разобрали двигатель, ротор был черный его грело наверно до красна. Когда снимали двигатель был горячий полдня остывал, по словам температура была под 200гр.
Скольжение большое и большая часть энергии выделялась в роторе.
Чтоб получить 10000об/мин. без увеличения скольжения или снижение мощности двигателя, Вам нужно двигатель на 3000об/мин при 50Гц и номин.напряжении на статоре 127В.
При подаче на статор 380В 150Гц получите 9000об/мин синхронной скорости до 10000 уже близко. Смотрите на Изоляции обмоток при выборе двигателя. F или Н.
Следите за подшипниками скорость вращения в 3раза выше износ и поломки ожидаются чаще.

Про векторный режим думаю нужно забыть. Лучше ставьте скалярное управление.

[novikovfb]

а не проще поставить коллекторный движок?

[Herz]

Основной нагрев при работе на повышенной частоте в роторе двигателя. Имели опыт
Следите за подшипниками скорость вращения в 3раза выше износ и поломки ожидаются чаще.

Да совершенно бессмысленно гадать, от чего именно подопытный мотор выйдет из строя: от перегрева, от разрыва ротора центробежными силами или от вибрации и трения в подшипниках. По-моему, совершенно ясно, что затея эта глупая. Даже обсуждать нечего. Тут либо менять двигатель, либо ставить редуктор. Но это, похоже, примета времени: попытки программистов решать конструктивные и схемотехнические задачи...

[Ais88]

Много слов. Достаточно было бы сказать что максимальный момент уменьшается пропорционально квадрату частоты при фиксированном напряжении.
Значит на 400 Гц момент 50 Гц движка упадет в 64 раза, а реально еще больше.

В чем я и убедился. Движок на 400 Гц с усилием разгоняет только собственный ротор без всякой нагрузки.

Так и получается - 2,8 кВт на нагрев и раскрутку собственного ротора, и всего 600 Вт на момент на валу.
Тип нагрузки - вентиляторный, поэтому в зависимости квадрат частоты. Момент теряется в 49 раз, если закрыть глаза на нагрев.

Подшипники на 12000 расчитаны, ротор отбалансирован с учетом оборотов на заводе-изготовителе. Кстати говоря, завод изготовитель сам и подобрал эту систему Движок+ПЧ.

Думаю над редуктором.
Перематывать движок - этот вопрос буду решать в последнюю очередь.
Вопрос замены движка я не могу поднять без конкретного расчета.

ЗЫ. Снизьте частоту ШИМ частотника до минимума, а еще лучше поставьте синусный фильтр между частотником и мотором.

Что мне даст снижение частоты ШИМ-а? Ток больше увеличится за больший период, но настолько же уменьшится за период, пока ключи закрыты.
Не пойму, чем синус-фильтр поможет

[K-Volodja]

Для деревообрабатывающих станков выпускаются двигатели на 200 Гц, 6000 об/мин. Такие проще будет разогнать.

[khach]

Что мне даст снижение частоты ШИМ-а? Ток больше увеличится за больший период, но настолько же уменьшится за период, пока ключи закрыты.
Не пойму, чем синус-фильтр поможет

Частоты ШИМ и их гармоники приносят около 10% тепловых потерь в обмотки. Вот от них и можно избавится. А еще синусный фильтр бывает необходим для низковольтных высокоскоростных двигателей, т.к те имеют слишком низкую индуктивность основной обмотки.

[Herz]

Подшипники на 12000 расчитаны, ротор отбалансирован с учетом оборотов на заводе-изготовителе. Кстати говоря, завод изготовитель сам и подобрал эту систему Движок+ПЧ.

Не верю. (с) Не станет завод-изготовитель двигателей ставить в мотор, рассчитанный на 1500 оборотов, ставить подшипники, рассчитанные на 12000. Если кто-то заменил их самостоятельно - ждите беды.
Не станет завод-изготовитель ротор от двигателя на 1500 балансировать "с учетом оборотов" на 12 тыс. и подписываться на то, что он гарантирует безопасную работу.
И не станет, подбирая "эту систему Движок+ПЧ", иметь в виду разгон на 600%. Иначе кто-то там потерял адекватность...

[khach]

Не верю. (с) Не станет завод-изготовитель двигателей ставить в мотор, рассчитанный на 1500 оборотов, ставить подшипники, рассчитанные на 12000.

А вот и ставят. В фирменных асинхронниках под поликлиновй ремень встречал двухрядные закрытые подшипники с рейтингом 12000 об-мин. Просто более низкоскоростных двухрядных не существует, а однорядные не выдерживают нагрузку от ремня.

[Guest_TSerg_*]

А вот и ставят.

В погружных двигателях на глубины до 6 км (бурение - если, что) мы ставили (как разработчики) по паре двухрядных изолированных подшипников на сторону.

[Ais88]

Ну не верите и не верьте. А документы лежат передо мной. Про перемотку на 3000 ничего не указано, хотя это бы помогло. Хотя бы на 6000-7000 выйти без значительных потерь было бы замечательно.
Связаться с изготовителем и узнать насчет обмотки сейчас возможности нет, так как двигатель был получен несколько лет тому назад и простаивал.
Буду разбираться дальше. Спасибо за ответы.

Сообщение отредактировал Ais88 - Nov 15 2016, 06:06

[somebody111]

Частоты выше номинальной? Все БЕЛАЗы с асинхронниками работают в глубокой 2 зоне. Но вы должны понимать, что увеличив в 2 частоту вращения, вы максимальный момент снизите в двое.

Сообщение отредактировал somebody111 - Apr 4 2017, 19:02

[Ais88]

Частоты выше номинальной? Все БЕЛАЗы с асинхронниками работают в глубокой 2 зоне. Но вы должны понимать, что увеличив в 2 частоту вращения, вы максимальный момент снизите в двое.

Итог: Частота увеличена, мотор крутится на 10 000 об/мин. Реальный момент на валу при этом 4 Н*м. Движок не раскаляется. Мне этого достаточно, чтоб выполнить промежуточное испытание. Всем спасибо!)))

[AlexandrY]

Итог: Частота увеличена, мотор крутится на 10 000 об/мин. Реальный момент на валу при этом 4 Н*м. Движок не раскаляется. Мне этого достаточно, чтоб выполнить промежуточное испытание. Всем спасибо!)))

Значит время работы вашего движка не более пары минут с паузами по полчаса.

[Ais88]

Значит время работы вашего движка не более пары минут с паузами по полчаса.

Нет. Работа двигателя длится минут 30-40. Потом останов, обработка результатов - минут 10. Далее повтор в 5-6 подходов. Это при моменте от 2,5 до 3,2 Н*м, мне больше и не нужно. Про КПД и прочие параметры смысла нет писать, изначально режим неноминальный.

[AlexandrY]

Нет. Работа двигателя длится минут 30-40. Потом останов, обработка результатов - минут 10. Далее повтор в 5-6 подходов. Это при моменте от 2,5 до 3,2 Н*м, мне больше и не нужно. Про КПД и прочие параметры смысла нет писать, изначально режим неноминальный.

Зачем вы нас путаете?
Не может двигатель с выделением 2 кВт работать 30 мин.

[somebody111]

Итог: Частота увеличена, мотор крутится на 10 000 об/мин. Реальный момент на валу при этом 4 Н*м. Движок не раскаляется. Мне этого достаточно, чтоб выполнить промежуточное испытание. Всем спасибо!)))

Не так. Физику двигателя ни один частотник изменить не сможет - увеличение частоты он будет делать засчёт увеличивая частоту напряжения, которое выдаёт инвертор. Это приведет к увеличению индуктивного сопротивления обмоток, а вместе с ним - уменьшению тока намагничивания, а система этот ток вычисляет по модели исходя из реальных датчиков. При очень глубокой 2 зоне, о которой я говорил, там получается так, что уровень помех раз в 5 выше вычисленного в реальном времени и глубокой 2 зоны не получается по простому.Ну смотрите. Для обычных движков 380/50 звезда номинальный поток ротора sqrt(2)*220/314=1 Вб. Если в 7 раз разгоните, то максимальный поток будет 0.14 Вб. Регулятор поток будет в насыщении - не страшно. Наблюдатель потока будет плавать вокруг 0.14 с отклонением 0.05Вб. Т.е. реальный поток двигателя будет варьироваться 0.14 -0.05 до 0.14+0.05. Т.е. максимальный момент движка будет плавать пропорционально этому плаванию. Рассматривайте асинхронник как постоянник, а поток в нем - аналог тока возбуждения. Если вы в 7 раз ослабите ток возбуждения, движок начнет разгоняться. НО нужно учитывать - сможете ли такой ток нормально измерить ИИИИИ, что гораздо важнее, выдержит ли механика такого движка такие скорости. Я раньше очень любил такой эксперимент показывать, когда речь шла о 2 глубокой зоне: брал 100Вт двигатель/1000 об и разгонял до 10 000 простым скаляром и он так минут 30 вертелся. Потом предлагал потрогать "железо"- там подшипник кипел,яичницу можно было жарить

Сообщение отредактировал somebody111 - Apr 5 2017, 13:35

[khach]

Не может двигатель с выделением 2 кВт работать 30 мин.

Если это 20 квт асинхронник, залитый внутри охлаждающей жижей- то может. Конечно жижа должна циркулировать через внешний радиатор, и до 10 000 ротор в жиже вряд ли получится разогнать, разве что применять эфиры со сверхнизкой вязкостью. Но тогда конструкция сальников на валу тоже будет очнеь нетривиальной.

При разгоне обычный асинхронник всегда переключали в треугольник, т.е на номинал 220 межфазного. Тогда его можно крутить до 80 гц без потерь момента. Ну а выше момент конечно начинал падать, вот только можно было разгонять движок до тех пор, пока момент не становился равным потерям в подшипниках и аэродинамическим потерям ротора.
Нагрев подшипников радикально решается заменой подшипников. Сейчас шариковые двухрядные радиально- упорные с высокоскоростной смазкой купить можно практически любые.
А вот вопрос, кто-нибудь бандажировал ротор стеклотканью или кевларом по аналогии с BLDC серво двигателями для придания устойчивости к центробежным силам? И крутил ротор так чтобы алюминий вылезать начинал из пазов? Т.е близко к пределу разрывному?