自從SINAMICS產品問世以來,西門子傳動的主要產品,無外乎如下三種系列形式:
第一種,V簡單型系列。以V20、V50、V70、V90等為代表;
第二種,G通用型系列。以G120及G120加后綴等為代表;
第三種,S高性能系列。以S120、S210等為代表。
V系列傳動雖然價格便宜,但它功能相對過于簡化,所以在我們所在的行業里用不上。一直沒有使用過該系列。SINAMICS G系列和S系列是我們主要使用的產品系列。
在驅動器選型上的考慮,作為企業,盈利是必須的。所以,選擇西門子傳動的驅動產品,我們的考量和原則那就是:
第一, 性價比作為選型原則bukehuoque;
第二, 產品定位,不同的系列對應不同層次的應用;
第三, 作為可靠性和耐久性考慮,堅持300kW以下的傳動系統,功率單元選型不允許過載應用,電機可以過載應用。
先說第一點,性價比作為選型原則的Zui主要條件之一。所謂性價比優先,就是在同等功率等級和功能條件下,哪個型號便宜,就選擇哪個型號。
比如,風機泵類變轉矩應用場合,G120和G120C作比較,功能都能滿足使用要求,兩者都具備SLVC矢量控制,都具備相同的自由功能塊,都具備模擬量和開關量夠用的端口,都具備PID工藝調節器,而價格上G120C便宜,我們就選擇G120C。
第二點,產品定位考量。既然西門子傳動的產品有G系列和S系列的不同產品定位,那么我們作為系統集成制造,也可以順勢而為,利用G系列和S系列的不同定位,量身定制自己的系統集成,作為不同用戶的產品制式。比如,在內燃機動力測試技術行業,我們為生產廠家的車間級和出廠檢驗級的測功機系統,基本提供由G系列驅動器組成的控制系統;針對檢測中心實驗室,大專院校,外企等高端用戶,提供S系列驅動器組成的控制系統。這樣既滿足不同用戶的使用需求,也適應不同用戶對控制系統成本的接受能力。
第三點,驅動器選型不過載。西門子傳動的產品樣本,同一型號有重載型和輕載型兩個功率應用指標,我們根據自己的應用場合,變轉矩負載都按輕載型功率選擇,恒轉矩負載都按重載型功率選擇。這是第一個選型規則。第二個選型規則,電機可以過載應用,裝置不允許過載應用。比如,一個15kW的電機傳動控制系統,要求過載1.5倍。那么我們考慮15kW電機可以選擇過載使用,驅動器要選擇22kW輕載型甚至重載型。這主要是考慮動力臺架性能試驗系統的工作狀態,往往是連續的滿負荷工作。如果驅動器的過載周期超過了它所規定的范圍,熱積累會導致驅動器壽命衰減。無法保證系統的連續可靠性運行。內燃機動力耐久試驗,國標規定400小時不停機,油門全開連續運行。這種實驗,往往用戶會戲稱,這是耐久考核我們的產品?還是考核你們的測試設備?所以,驅動器不過載,甚至電機不過載的選型原則,是我們的一個行業特殊性需求。由此,我們的設備基本是能保證其生命周期的。
綜上,驅動器選型,看似簡單,實則有學問。選大了浪費,選小了不夠用,或壽命短。所以,每一個系統選型,設計者都會有自己的一套選型原則。我們主要就是本著花Zui少的錢,滿足使用需求。同時兼顧高端用戶,還要兼顧設備的持久性和可靠性。在此三者之間找平衡點。
關于電機選型。應該是一個技術活。電機是傳動系統的功率執行器件。如何選型?首先要知道電機的基本特性,同時也要知道電機將要驅動負載的機械特性。這叫知己知彼,百戰不殆。電機選型如果不能與負載特性適配,要么就是選大了浪費,達不到zuijia工作效率;要么就是選小了,根本不能使用。要靠事后的項目整改方案進行修正。浪費人力物力并加大項目成本。
電機的基本特性:
第一, 電機既可以正轉向電動或者發電運行;也可以反轉向電動發電運行。這叫電機具備的四象限運行特性;
第二, 用變頻器控制的電機傳動系統,在額定轉速以內,具有額定轉矩以內的恒轉矩特性;在超過額定轉速至Zui高轉速范圍具有額定功率以內的恒功率特性;
第三, 交流異步電機的變頻器控制系統,在轉速為0至連續額定轉矩輸出Zui小轉速之間,有一個從0至額定轉矩輸出的過渡,比如說10%額定轉速以內。這個區間,電機不能做連續的發力。使用中要盡量避免在這個區間做連續的額定轉矩運行。
負載的基本特性:
與電機的特性一樣,負載也會有一個對應轉速范圍的扭矩(或者力)的特性曲線,同樣也可以轉化成轉速范圍以內的功率特性曲線。作為傳動系統電機的選型設計者,在選型之前,必須要搞清楚目標負載的基本特性。繪制出負載的轉速/轉矩曲線,或者轉速/功率曲線。然后根據負載特性,選擇合適的電機即可。
下面給出一個標準的電機轉速/轉矩和轉速/功率曲線。如圖示:
由圖示可知,我們電機選型,只要把電機的轉速/轉矩曲線覆蓋負載曲線,且它們的邊界不要太寬,就是合適適配的選擇。
道理同上,如果我們把負載的功率特性曲線置于電機的功率曲線以內,且完全被電機的功率曲線所覆蓋。電機選型就是適配的。假如,負載曲線如果超越了電機的轉矩特性曲線范圍,或功率曲線范圍,那么超過的部分,電機對負載的控制無能為力。
手上剛好有一個螺旋槳負載特性對驅動電機選型的例子,來說明一下電機選型的方法。
如下圖示:
由圖示可知,螺旋槳負載的功率曲線和推力曲線均在3000rpm至7500rpm范圍以內。針對兩極異步交流電機,這個轉速范圍是恒功率范圍。其功率上限小于22kW。因此,選擇電機為:
交流異步電機:額定功率22kW;
轉速:0-3000rpm恒轉矩輸出;3000rpm至9000rpm恒功率輸出。
控制系統:G120_22kW重載型。
,電機選型,根據負載特性曲線對應電機特性曲線的圖解法,即可準確無誤的選擇電機適配負載特性。確保選型合理性。
說明,本文的選型方法是基于負載驅動能力且連續運行工作狀態。沒有考慮有關電機工作制和電機過載情況。如果考慮工作制的過載狀態,可以參考此方法,原理是相同的,僅僅是工作周期與過載的關系適配問題。下面再附一個西門子傳動的電機特性曲線圖,這里基本更全面的展示了電機的過載特性,包括電機的極限數據。在此圖內可一目了然。
只要電壓與頻率成比例地調整,電壓和頻率之間的比率就保持恒定,因此電機的磁通量、可用轉矩和堵轉轉矩也保持不變。這被稱為恒定通量范圍或基本速度范圍。
如果在達到變頻器的Zui大可能輸出電壓后進一步提高頻率,電壓與頻率之比將再次降低,因此電機中的磁通量也會降低,這被稱為弱磁范圍。對于在弱磁范圍內運行的異步電機,可用轉矩M 相對于額定轉矩 Mrated 的降低大約與 frated/f的比率成正比,輸出功率保持恒定。弱磁范圍中的Mk-reduced堵轉轉矩相對于恒定磁通范圍內的堵轉轉矩Mk與比率(frated/f)2 成正比。
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