چه پارامترهای حفاظتی تطبیقی باید هنگام همکاری موتور سنکرون مغناطیس دائمی کمپرسور هوا با تجهیزات دریور فرکانسی تنظیم شوند

تولید هوای فشرده در صنعت یکی از منابع انرژی‌برتر در خودکارسازی صنعتی محسوب می‌شود و تا ۲۵ درصد از کل توان الکتریکی یک واحد را مصرف می‌کند. برای حذف بی‌کاری مداوم و هدررفت انرژی، بسته‌های کمپرسور مدرن از کمپرسور هوا با موتور سنکرون مغناطیس دائمی استفاده می‌کنند که توسط یک درایو فرکانس متغیر اختصاصی (VFD) به کار گرفته می‌شود. با این حال، کمپرسورهای پیچی چرخان تحت شرایط نوسانی فشاری شدید کار می‌کنند. تنظیم شیرهای ورودی باعث می‌شود مقاومت گشتاور مکانیکی در مدت چند میلی‌ثانیه از تقریباً صفر تا ۱۰۰ درصد بار کامل تغییر کند. هنگامی که تقاضای هوا به‌طور ناگهانی کاهش می‌یابد، تخلیه سریع کمپرسور ممکن است به‌صورت لحظه‌ای موجب چرخش معکوس محور موتور شود.

نوسانات بار پنوماتیک و خطرات ناسازگانی درایو

چرخه‌های سریع فشار در کمپرسورهای پیچی صنعتی

کمپرسورهای پیچ‌گردان در حین تنظیم مقدار جریان ورودی و فعال‌شدن دستگاه بی‌بارکننده، تغییرات ناگهانی در مقاومت مکانیکی را تجربه می‌کنند. موتور محرک باید پاسخ گشتاوری فوری در هنگام بارگذاری ارائه دهد، در عین حال از افزایش شدید جریان جلوگیری کند. اگر حلقه‌های کنترل جریان اینورتر با تأخیر عمل کنند، جریان‌های گذرا باعث قطع غیرضروری به دلیل جریان اضافی (OC) می‌شوند. از سوی دیگر، بی‌بارکردن سریع می‌تواند انرژی جنبشی را به سمت باس مستقیم اینورتر بازگرداند و خطاهای اضافه‌ولتاژ (OV) ایجاد کند.

خطرات آهنگری روتور، اضافه‌ولتاژ و تشدید مکانیکی

کارکرد موتور مغناطیس دائمی با پارامترهای اینورتر بدون کالیبراسیون دقیق، خطرات شدیدی را به همراه دارد. افزایش ناگهانی جریان استاتور در ترکیب با دمای بالای کارکرد، آهنگرهای دائمی نئودیمیوم-آهن-بور (NdFeB) را در معرض خطر آهنگری برگشت‌ناپذیر قرار می‌دهد. علاوه بر این، تغییر فرکانس متغیر در محدودهٔ ۲۰ تا ۸۰ هرتز به طور اجتناب‌ناپذیری با فرکانس‌های تشدید مکانیکی ذاتی سری‌های هوایی پیچ‌گردان کمپرسور و لوله‌کشی‌ها برخورد می‌کند و موجب خستگی مکانیکی فاجعه‌بار می‌شود. برای حفاظت از تجهیزات، ENNENG تامین‌کننده راه‌حل‌های صنعتی قوی موتور القایی فشرده‌ساز هوا راه‌حل‌ها را در محدوده توان ۵ کیلووات تا ۵ مگاوات و ولتاژ کاری ۱۱۰ ولت تا ۶۹۰ ولت ارائه می‌دهد و شامل پیکربندی‌های محافظتی اینورتر با تنظیم دقیق است.

تنطیم خودکار پارامترهای الکتریکی و ماتریس‌های پارامترهای محافظتی

شناسایی دقیق موتور: مقاومت استاتور (Rs)، اندوکتانس محور مستقیم (Ld)، اندوکتانس محور عمودی (Lq) و ثابت نیروی محرکه الکتریکی معکوس (Ke)

هماهنگی صحیح اینورتر نیازمند مدل‌سازی ریاضی دقیق موتور القایی فشرده‌ساز هوا در نرم‌افزار کنترل برداری درایو است. مقاومت استاتور (Rs)، اندوکتانس محور مستقیم (Ld)، اندوکتانس محور عمودی (Lq) و ثابت نیروی محرکه الکتریکی معکوس (Ke) باید به‌طور دقیق از طریق تنظیم خودکار چرخشی یا ساکن موتور تعیین شوند. از آنجا که موتورهای فشرده‌ساز مغناطیسی دائمی داخلی دارای نمایان‌بودن مغناطیسی (Lq > Ld) هستند، وارد کردن دقیق مقادیر اندوکتانس به الگوریتم کنترل جهت‌یافته (FOC) اجازه می‌دهد تا موقعیت روتور را بدون خطا محاسبه کند و جریان تولید‌کننده گشتاور (Iq) را از جریان شار (Id) جدا سازد؛ این امر نوسان جریان و نوسان گشتاور را حذف می‌کند.

راهنمای تنظیمات محافظتی اینورتر

• مقادیر قفل‌کننده جریان اضافی: حد جریان حرارتی پیوسته را در ۱۲۰٪ جریان نامی موتور تنظیم کنید و حداکثر جریان لحظه‌ای کوتاه‌مدت را دقیقاً در ۱۵۰٪ برای مدت ۱۰ ثانیه محدود کنید تا از ایجاد میدان‌های دمغناطیس‌کننده در آهنرباهای عناصر کمیاب جلوگیری شود.
• مدیریت ولتاژ اتصال مستقیم (DC-Bus): کنترل‌کننده‌های ولتاژ کاهش فعال یا قطع‌کننده‌های ترمز پویا را فعال کنید تا انرژی بازیافتی حین باربرداری سریع سرپوش (air-end) جذب شود و از فعال‌شدن قطع‌کننده‌های اضافه‌ولتاژ اتصال مستقیم جلوگیری گردد.
• تنضیمات فرکانس حامل: فرکانس حامل سوئیچینگ PWM را بین ۴ کیلوهرتز تا ۶ کیلوهرتز تنظیم کنید. این تنظیم تعادلی بین عملکرد بی‌صدا، کاهش تنش dv/dt عایق‌بندی موتور و کاهش گرمای ناشی از سوئیچینگ IGBT اینورتر ایجاد می‌کند.
• نواحی رد کردن تشدید: فرکانس‌های تشدید مکانیکی طبیعی بسته‌بندی کمپرسور را با استفاده از تحلیل ارتعاشی شتاب‌سنج شناسایی کنید و نواحی رد فرکانسی ±۱٫۵ هرتز را در نرم‌افزار اینورتر برنامه‌ریزی کنید تا از توقف در سرعت‌های هارمونیک بحرانی جلوگیری شود.

استانداردهای انطباق ایمنی و پروتکل‌های راه‌اندازی

هماهنگی با اقدامات ایمنی NFPA 79 و IEC 61800-5-1

مجموعه‌های برقی کمپرسورهای صنعتی باید به‌طور دقیق با الزامات NFPA 79 (استاندارد برقی ماشین‌آلات صنعتی) در زمینه‌ی حفاظت از مدار شاخه‌ای موتور، قطع حرارتی و قفل‌های اضطراری «قطع گشتاور ایمن» (STO) مطابقت داشته باشند. درایوهای سرعت‌پذیر باید الزامات ایمنی IEC 61800-5-1 را در زمینه‌ی مهار حرارتی و هماهنگی عایق‌بندی برآورده کنند. تجهیزات کمپرسور هوای ENNENG مبتنی بر موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) دارای سنسورهای مقاومت حرارتی پلاتینی PT100 دوکاناله هستند که در انتهای پیچ‌های سیم‌پیچ استاتور جاسازی شده‌اند و سیگنال‌های آنالوگ دمایی را مستقیماً به مدارهای حفاظتی درایو ارسال می‌کنند.

پروتکل راه‌اندازی میدانی در چهار مرحله

• تنظیم خودکار پیش‌از بارگذاری: برای شناسایی پارامترهای الکتریکی چرخشی پیش از اولین افزایش فشار هوایی، باید تسمه‌ها یا اتصال‌دهنده‌های درایوی کمپرسور جدا شوند.
• محدودیت‌های دمایی برنامه: محدودیت‌های هشدار سیم‌پیچ استاتور اینورتر را در ۱۳۰ درجه سانتی‌گراد و محدودیت‌های قطع خودکار به دلیل خطای سیستم را در ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد تنظیم کنید (خیلی پایین‌تر از حد مجاز عایق‌بندی رده H که ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد است).
• بررسی لرزش با شتاب‌سنج: افزایش کنترل‌شده سرعت را از ۲۰ هرتز تا ۸۰ هرتز انجام دهید و سرعت‌های اوج لرزش را بر اساس استاندارد ISO 10816 ثبت کنید تا باندهای رد شده دقیق برنامه‌ریزی شوند.
• نگهداری فیلتر ورودی: پوشش‌های هوای ورودی موتور و فیلترهای کابینت کمپرسور را ماهانه تمیز کنید تا جریان هوا برای خنک‌کنندگی بدون مانع باقی بماند.

تماس با ما

بهینه‌سازی بازده و طول عمر عملیاتی سیستم‌های محرک کمپرسور هوای متغیرسرعت، نیازمند هماهنگی بی‌نقص بین طراحی الکترومغناطیسی موتور و نرم‌افزار کنترل اینورتر است. شرکت ENNENG با سازندگان کمپرسور و مهندسان نیروگاه‌های صنعتی همکاری می‌کند تا راه‌حل‌های محرک کمپرسور با مغناطیس دائمی، از پیش پیکربندی‌شده و با قابلیت اطمینان بالا ارائه دهد. برای دریافت پارامترهای تطبیق محرک و انتخاب‌های سفارشی موتور کمپرسور، با تیم مهندسی ما تماس بگیرید:

• واتس‌اپ: +۸۶ ۱۸۵۶۲۷۸۰۲۲۸
• پست الکترونیکی:  [email protected]
• تلفن: +86 532 66000559

F AQ

پرسش: کدام پارامترهای حفاظتی اینورتر در همراهی با موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) کمپرسور هوایی مهم‌ترین نقش را دارند؟

پاسخ: مهم‌ترین پارامترها شامل مقاومت استاتور (Rs)، اندوکتانس‌های محور d و q، ثابت نیروی محرکه الکتریکی معکوس (back-EMF) و حد بالای جریان فازی هستند. تنظیم قطع‌کننده‌های سریع جریان اضافی (معمولاً ۱۵۰٪ حداکثری به مدت ۱۰ ثانیه)، ثابت‌های زمانی بار حرارتی و نمودارهای کاهش سرعت در صورت افزایش ولتاژ شین مستقیم (dc-bus) از قطع اینورتر جلوگیری کرده و موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) کمپرسور هوایی را در هنگام رد شدن ناگهانی بار پنوماتیک محافظت می‌کنند.

پرسش: تنظیمات حفاظتی چگونه از دِمَگنتیزه‌شدن دائمی روتور مغناطیسی جلوگیری می‌کنند؟

پاسخ: تنظیمات حفاظتی با اتصال همزمان سنسورهای حرارتی استاتور (PT100/PTC) به منحنی‌های کاهش خروجی حرارتی اینورتر، از افزایش دما در پیچش‌های استاتور فراتر از حد ایمن برای آهنرباهای دائمی جلوگیری می‌کنند تا دمای پیوسته پیچش‌ها همواره زیر حد ایمن آهنربا باقی بماند. علاوه بر این، محدود کردن جریان‌های حداکثری خروجی اینورتر از ایجاد میدان‌های مغناطیسی موقت شدید مُخرب که در رویدادهای اتصال کوتاه یا قفل‌شدن روتور باعث تخریب آهنرباهای ارتوزمینی می‌شوند، جلوگیری می‌کند.

پرسش: چرا پیکربندی نوارهای رد کردن فرکانس تشدید در راه‌اندازهای موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) برای فشرده‌سازها ضروری است؟

پاسخ: فشرده‌سازهای هوا حاوی مجموعه‌های مکانیکی پیچیده‌ای از جمله روتورهای پیچی، حامل‌های یاتاقان و مجراهای لوله‌ای هستند. هنگامی که موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) فشرده‌ساز هوا در محدوده سرعت‌های متغیر (۲۰ هرتز تا ۸۰ هرتز) کار می‌کند، فرکانس‌های تحریک ممکن است با نقاط تشدید مکانیکی منطبق شوند. برنامه‌ریزی نوارهای رد کردن این امکان را به درایو می‌دهد که در این سرعت‌های هارمونیک به‌طور مداوم توقف نکند؛ بنابراین ارتعاشات مکانیکی مخرب را حذف کرده و آب‌بندی‌های محور و یاتاقان‌ها را محافظت می‌کند.