Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

73 страницы

Купить ГОСТ IEC/TS 60034-25-2017 — бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Содержит характеристики электрических машин переменного тока, предназначенных для питания от преобразователей. Определены требования к проектированию электрических машин, специально предназначенных для работы от преобразователей. Стандарт также определяет параметры интерфейса и взаимодействия между электрической машиной и преобразователем, включая руководство по монтажу и наладке системы силового привода, но не содержит требования к напряжению на фазах питания двигателя, которые описаны в IEC 61800-8. Общие требования соответствующих частей стандартов серии IEC 60034 также применяются к электрическим машинам, рассматриваемым в стандарте.

 Скачать PDF

Идентичен IEC/TS 60034-25:2014

Оглавление

Введение

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

4 Характеристики электропривода

     4.1 Общие положения

     4.2 Информация о системе

     4.3 Область формирования механических характеристик

     4.3.1 Общие положения

     4.3.2 Допустимая область характеристик «скорость - момент»

     4.3.3 Номинальные данные электрической машины

     4.3.4 Факторы, влияющие на область формирования механических характеристик

     4.3.5 Безопасная рабочая скорость, перегрузочная способность по скорости

     4.3.6 Охлаждающие устройства

     4.3.7 Характеристики «напряжение - частота»

     4.3.8 Резонансные зоны

     4.3.9 Рабочий цикл

     4.4 Требования к двигателю

5 Потери и их влияние (для асинхронных двигателей, питаемых от инверторов напряжения)

     5.1 Общие положения

     5.2 Источники дополнительных потерь при питании от инвертора и способы их устранения

     5.3 Уменьшение потерь в двигателе с помощью преобразователя

     5.3.1 Уменьшение основных потерь

     5.3.2 Уменьшение дополнительных потерь при питании от инвертора

     5.4 Использование фильтров для снижения дополнительных потерь в двигателе при питании от преобразователя

     5.5 Влияние температуры на ресурс

     5.6 Определение коэффициента полезного действия двигателя

6 Шум, вибрация и крутильные колебания

     6.1 Шум

     6.1.1 Общие положения

     6.1.2 Влияние скорости на уровень шума

     6.1.3 Шум от магнитного потока

     6.1.4 Определение уровня шума и его пределы

     6.2 Вибрация (без учета крутильных колебаний)

     6.2.1 Общие положения

     6.2.2 Определение уровня вибрации и его пределы

     6.3 Крутильные колебания момента

7 Перенапряжения на изоляции двигателя

     7.1 Общие положения

     7.2 Причины перенапряжений

     7.3 Перенапряжение в обмотках

     7.4 Ограничения и ответственность

     7.4.1 Электрические машины напряжением до 1000 В

     7.4.2 Электрические машины на напряжение свыше 1000 В

     7.5 Методы уменьшения перенапряжения

     7.6 Ограничение перенапряжения изоляции

8 Электрические токи через подшипники

     8.1 Источники токов через подшипники в двигателях, питаемых от преобразователей

     8.1.1 Общие положения

     8.1.2 Магнитная асимметрия

     8.1.3 Накопление электростатического заряда

     8.1.4 Высокочастотные напряжения

     8.2 Образование высокочастотных токов через подшипники

     8.2.1 Общие положения

     8.2.2 Уравнительный ток

     8.2.3 Ток заземления вала

     8.2.4 Ток емкостного разряда

     8.3 Цепь синфазной помехи

     8.3.1 Общие положения

     8.3.2 Протекание тока синфазной помехи

     8.4 Паразитные емкости

     8.4.1 Общие положения

     8.4.2 Главная составляющая емкости

     8.4.3 Прочие емкости

     8.5 Последствия больших токов в подшипниках

     8.6 Предотвращение повреждений от высокочастотного тока в подшипниках

     8.6.1 Основные способы

     8.6.2 Другие профилактические меры

     8.6.3 Другие факторы и особенности, влияющие на токи подшипников

     8.7 Дополнительные соображения для двигателей, питаемых от высоковольтных преобразователей - источников напряжения

     8.7.1 Общие положения

     8.7.2 Защита подшипников в короткозамкнутых асинхронных и синхронных бесколлекторных двигателях с постоянными магнитами

     8.7.3 Защита подшипников двигателей с контактными кольцами и синхронных двигателей с независимым возбуждением

     8.8 Защита от тока через подшипники для двигателей, питающихся от высоковольтных преобразователей с инверторами тока

9 Монтаж

     9.1 Заземление, монтаж и кабельная разводка

     9.1.1 Общие положения

     9.1.2 Заземление

     9.1.3 Подсоединение двигателей

     9.1.4 Силовые кабели двигателя для преобразователей частоты с высокой частотой коммутации

     9.2 Реакторы и фильтры

     9.2.1 Общие положения

     9.2.2 Выходные реакторы

     9.2.3 Фильтр ограничения производной напряжения (du/dt-фильтр)

     9.2.4 Синусный фильтр

     9.2.5 Терминальный модуль двигателя

     9.3 Коррекция коэффициента мощности

     9.4 Мехатронные модули (двигатели, конструктивно объединенные с преобразователем)

10 Специфика синхронных двигателей с постоянными магнитами при питании от преобразователей с инверторами напряжения

     10.1 Характеристики системы

     10.2 Потери и их влияние

     10.3 Шум, вибрация и крутильные колебания

     10.4 Электрическое воздействие на изоляцию двигателя

     10.5 Токи в подшипниках

     10.6 Специфика постоянных магнитов

11 Специфика асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при питании от высоковольтных преобразователей с инверторами напряжения

     11.1 Общие положения

     11.2 Характеристики системы

     11.3 Потери и их воздействие

     11.4 Шум, вибрация и крутильные колебания

     11.5 Электрические нагрузки на изоляцию двигателя

     11.5.1 Общие положения

     11.5.2 Перенапряжение на клеммах двигателя

     11.5.3 Перенапряжение на обмотках статора при применении преобразователя

     11.6 Токи через подшипники

12 Специфика синхронных двигателей при питании от преобразователей с инверторами напряжения

     12.1 Характеристики системы

     12.2 Потери и их воздействие

     12.3 Шум, вибрация и крутильные колебания

     12.4 Электрические перенапряжения в изоляции двигателя

     12.5 Токи через подшипники

13 Специфика асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при питании от преобразователей с инверторами тока

     13.1 Характеристики системы

     13.2 Потери и их воздействие

     13.3 Шум, вибрация и крутильные колебания

     13.4 Электрические перенапряжения в изоляции двигателя

     13.5 Токи через подшипники

     13.6 Специфика шестифазных короткозамкнутых асинхронных двигателей

14 Специфика синхронных двигателей при питании от инверторов тока

     14.1 Особенности системы

     14.2 Потери и их воздействия

     14.3 Шум, вибрация и крутильные колебания

     14.4 Электрические перенапряжения в изоляции двигателя

     14.5 Токи через подшипники

15 Специфика работы асинхронных двигателей при питании от преобразователей с ШИМ-инверторами тока

     15.1 Характеристики системы (см. рисунок 34)

     15.2 Потери и их влияние

     15.3 Шум, вибрация и крутильные колебания

     15.4 Электрические перенапряжения в изоляции двигателя

     15.5 Токи через подшипники

16 Асинхронные двигатели с фазным ротором при питании ротора от преобразователей с инверторами напряжения

     16.1 Характеристики системы

     16.2 Потери и их воздействие

     16.3 Шум, вибрация и крутильные колебания

     16.4 Электрические перенапряжения в изоляции двигателя

     16.5 Токи через подшипники

17 Другие системы «преобразователь - двигатель»

     17.1 Питание двигателей от циклоконверторов

     17.2 Асинхронные двигатели с фазным ротором при питании ротора от преобразователей с инвертором тока в цепи ротора

18 Особые замечания для стандартных асинхронных машин с фиксированной скоростью при питании от преобразователя с инверторами напряжения

     18.1 Снижение номинальных значений крутящего момента во время работы преобразователя

     18.2 Потери и их воздействие

     18.3 Шум, вибрация и крутильные колебания

     18.4 Электрические перенапряжения в изоляции двигателя

     18.5 Токи через подшипники

     18.6 Максимальная безопасная рабочая частота вращения

19 Специфика синхронных индукторных двигателей при питании от преобразователей с инверторами напряжения

     19.1 Характеристики системы

     19.2 Потери и их воздействие

     19.3 Шум, вибрация и крутильные колебания

     19.4 Электрические перенапряжения в изоляции двигателя

     19.5 Токи через подшипники

     19.6 Отдельные аспекты синхронных индукторных двигателей

Приложение A (справочное) Характеристики преобразователя

Приложение B (справочное) Выходные характеристики двухуровневого преобразователя с инвертором напряжения

Приложение C (справочное) Напряжения, возникающие между преобразователем и электрической машиной

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов межгосударственным стандартам

 
Дата введения01.06.2019
Добавлен в базу01.02.2020
Актуализация01.01.2021

Этот ГОСТ находится в:

Организации:

25.09.2017УтвержденМежгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации103-П
09.11.2018УтвержденФедеральное агентство по техническому регулированию и метрологии957-ст
РазработанФГУП ВНИИНМАШ
РазработанФГБОУ ВО НИУ МЭИ
ИзданСтандартинформ2018 г.

Rotating electrical machines. Part 25. AC electrical machines used in power drive systems. Application guide

Нормативные ссылки:
Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

ГОСТ

IEC/TS 60034-25— 2017

МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ

Часть 25

Электрические машины переменного тока, используемые в системах силового привода. Руководство по применению

(IEC/TS 60034-25:2014, ЮТ)

Издание официальное

Москва

Стаидартинформ

2018


Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ») и Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии документа, указанного в пункте 5

2    ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 25 сентября 2017 г. № 103-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны no МК (ИСО 3166)004—97

Код страны по МК (ИСО 3166) 004—97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Армения

AM

Минэкономики Республики Армения

Беларусь

BY

Госстандарт Республики Беларусь

Казахстан

KZ

Госстандарт Республики Казахстан

Киргизия

KG

Кыргызстандарт

Россия

RU

Росстандарт

Узбекистан

UZ

Узстандарт

Украина

UA

Минэкономразвития Украины

4    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 ноября 2018 г. № 957-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 1ЕСЯЭ 60034-25—2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2019 г.

5    Настоящий стандарт идентичен международному документу 1ЕСЯ8 60034-25:2014 «Машины электрические вращающиеся. Часть 25. Электрические машины переменного тока, используемые в системах силового привода. Руководство по применению» («Rotating electrical machines — Part 25: AC electrical machines used in power drive systems — Application guide», IDT).

Международный стандарт разработан Техническим комитетом по стандартизации ТС 2 «Вращающиеся машины» Международной электротехнической комиссии (IEC).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

3.13    сопротивление поверхностной передачи (surface transfer impedance): Доля напряжения индуцированного током центрального проводника коаксиальной линии на единицу его длины на внешней поверхности коаксиальной линии.

[IEC 60050-161:1990. 161-04-15)

3.14    системный интегратор (system integrator): Лицо или организация, ответственные за выбор компонентов электропривода, соответствующие его назначению.

3.15    номинальное напряжение (rated voltage) иы. Напряжение, объявленное производителем и указанное на заводской табличке, при котором электрическая машина работает на установленной частоте.

3.16    скачок напряжения (jump voltage): Изменение напряжения на клеммах электрической машины. возникающее при появлении каждого импульса от преобразователя.

4 Характеристики электропривода

4.1    Общие положения

Хотя этапы определения специфических характеристик двигателя и преобразователя однотипны для любого применения, окончательный их выбор в значительной степени зависит от вида механизма. В данном разделе описаны эти этапы и рассмотрено влияние нагрузки различного типа.

4.2    Информация о системе

Лучшим способом обеспечить требуемую работу всей системы является учет всей информации о нагрузке электропривода, двигателе, преобразователе и системе электроснабжения. В общем случае эта информация должна включать:

-    требования к мощности или к вращающему моменту на различных скоростях;

-    желаемый диапазон скоростей вращения нагрузки и двигателя:

-    требования к темпам ускорения и замедления при управлении процессом;

-    исходные требования, включая частоту пусков и параметры нагрузки (приведенную к двигателю инерционность, момент нагрузки во время пуска);

-    рабочую циклограмму механизма [непрерывный процесс или комбинация пусков, остановок и изменений скорости (см. IEC 60034-1. подраздел 3.1));

-    общее описание объекта, включая окружающую среду, в которой будут работать компоненты электропривода;

-    описание дополнительных функциональных возможностей, которыми могут не обладать двигатель и преобразователь (например: контроль температуры двигателя, возможность шунтировать преобразователь в случае необходимости, специальные схемы управления циклограммой работы или сигналами задания скорости для управления электроприводом);

-    описание допустимой мощности источника электропитания и электропроводки. На окончательную конфигурацию могут влиять требования к выбранной системе.

4.3    Область формирования механических характеристик

4.3.1    Общие положения

Типичные границы зон, в которых возможно формирование механических характеристик двигателей. питаемых от преобразователей, существенно влияющие факторы и последствия их влияния представлены на рисунках 1. 2 и 3. В зависимости от требований к электроприводу возможно применение различных двигателей для адаптации к конкретным условиям.

Примечание — На рисунках 1—3 не показаны возможные резонансные зоны (см. 4.3.8)

4.3.2    Допустимая область характеристик «скорость — момент»

На рисунке 1 показана область формирования возможных механических характеристик для двигателей, питаемых от преобразователя. Максимально возможный вращающий момент до номинальной частоты ограничен номинальным моментом двигателя и током преобразователя. Выше области номинальных частот fQ и соответствующей частоты вращения п0 двигатель способен работать с постоянной мощностью при вращающем моменте, обратно пропорциональном частоте вращения. Для асинхронных двигателей при достижении минимального значения критического вращающего момента (пропорционального 1/л) мощность должна быть уменьшена обратно пропорционально частоте вращения п. Это ограничивает допустимый вращающий момент значением, обратно пропорциональным квадрату частоты вращения (расширенный диапазон).

- Длительный режим

----Кратковременный режим

-------Режим пуска

Тс — зона постоянного момента Сх — независимое охлаждение Рс — зона постоянной мощности С8 — самоохпаждение Еж — расширенный диапазон

Рисунок 1 —Допустимая область формирования механических характеристик

Для синхронных двигателей расширенный диапазон не применяется. Максимально допустимая частота вращения л^ ограничена не только понижением вращающего момента, обусловленного ослаблением поля при частоте вращения выше л0, но также и механической прочностью, балансировкой ротора, скоростными возможностями подшипниковой системы и другими механическими параметрами.

В двигателях с естественным охлаждением при низких частотах вращения во избежание перегрева вращающий момент должен быть уменьшен.

В некоторых применениях возможно кратковременное повышение вращающего момента при пуске.

На рисунке 2 приведены соответствующие области допустимых значений выходного тока преобразователя (/).

Рисунок 2 — Допустимый выходной ток преобразователя 4.3.3 Номинальные данные электрической машины

Номинальная точка машины, спроектированной для питания от преобразователя, соответствует номинальным значениям скорости вращения, напряжения, тока, момента и мощности. Обычно в этой

5

точке машина развивает максимальный момент и мощность (что показано на рисунке 1) при скорости nN = п0. Максимальная рабочая скорость может быть выше номинальной, и в зависимости от характеристик «напряжение — частота» (см. 4.3.7) максимальное напряжение может превышать номинальное.

4.3.4 Факторы, влияющие на область формирования механических характеристик Существенные факторы, которые определяют границы области формирования механических характеристик (скорость — момент), представлены в таблице 1.

Таблица 1 —Существенные факторы, влияющие на механическую характеристику

Условие

Двигатель

Преобразователь

Трогание

Максимальный поток

Максимальный ток

Постоянный поток

Охлаждение (потери PR)

Максимальный ток

Ослабление поля (уменьшенный поток)

Максимальная скорость (механическая прочность и выносливость); максимальный момент (критический момент)

Максимальное

напряжение

Динамическая

характеристика

Эквивалентные параметры цепи (определенные моделированием)

Характеристика

управления

4.3.5    Безопасная рабочая скорость, перегрузочная способность по скорости

Если электрическая машина переменного тока предназначена для применения с преобразователем, то производитель должен об этом объявить и указать на заводской табличке. Безопасные рабочие скорости вращения низковольтных асинхронных двигателей определены в разделе 9.6 IEC 60034-1:2010.

Превышение скорости машин переменного тока возможно, как определено в разделе 9.7 IEC 60034-1:20Ю. но испытание на превышение скорости обычно не считают необходимым. Роль испытания. если оно задано и согласовано, состоит в том. чтобы проверить работоспособность конструкции ротора под действием центробежных сил. Хотя для нерегулируемого двигателя практически невозможно достичь рабочей скорости выше его синхронной, электрические генераторы могут быть разогнаны до скорости выше их синхронной скорости турбиной, например при внезапном отключении нагрузки.

Для электрических двигателей, питаемых от преобразователя, разгон до скорости выше максимальной, определенной системой управления преобразователем, невозможен. Для сверхмощных синхронных двигателей зачастую целесообразно в общем случае ограничить проверочное превышение скорости на уровне 1,05 от максимальной рабочей скорости. Никакого технически оправданного аргумента против такого ограничения не имеется.

Необходимо принять во внимание, что для обеспечения вращения на высокой скорости может потребоваться точная балансировка ротора. Кроме того, длительная работа на высокой скорости может стать причиной снижения срока службы подшипников. Для высокоскоростных приложений особое внимание также должно быть обращено на срок службы смазочных материалов и на периодичность их замены или пополнения.

4.3.6    Охлаждающие устройства

Как показано на рисунке 1. тип охлаждения влияет на уровень максимально допустимого вращающего момента электропривода. Для электрических машин с номиналами мощностей в диапазоне мегаватт часто применяют охлаждающие устройства, состоящие из первичного контура охлаждения (обычно с воздухом в качестве первичного хладагента) и вторичного контура охлаждения (с воздухом или водой в качестве вторичного хладагента). Потери передаются теплообменником от первичного ко вторичному контуру.

-    Когда первичный и вторичный хладагенты перемещаются отдельными устройствами и их поток не зависит от скорости ротора машины (например. IC656 согласно IEC 60034-6). то руководствуются кривой на рисунке 1 для независимого охлаждения.

-    Когда вторичный хладагент перемещается отдельным устройством, а первичный хладагент приводится в движение устройством, связанным с валом (например. IC81W или IC616), то применяется кривая на рисунке 1 для самоохлаждения.

-    Когда и первичный, и вторичный хладагенты приводятся в движение устройством, связанным с валом, то выходной вращающий момент не должен превышать кривую Т1ТЫ = n2/nfi. а рекомендуемая минимальная рабочая скорость должна быть £ 70 % номинальной скорости.

4.3.7    Характеристики напряжение — частота

Связь между выходным напряжением преобразователя (U) и частотой может носить различный характер, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 — Характеристики «выходное напряжение преобразователя — частота»

На рисунке 3 обозначены характеристики для режимов:

А — напряжение увеличивается с частотой, и максимальное выходное напряжение преобразователя С/тах достигается в области частоты перехода f0 (начала снижения потока):

В — напряжение увеличивается с частотой, и значение максимального выходного напряжения преобразователя С/тах достигается выше f0 при частоте fov Это обеспечивает расширенный диапазон скорости при постоянном потоке (постоянный вращающий момент), но допустимый вращающий момент в этом диапазоне скорости меньше, чем в случае А:

С — напряжение увеличивается с частотой до f0, а затем его рост замедляется, максимальное выходное напряжение преобразователя L/max достигается при 7гпах. Это исключает чрезмерное снижение вращающего момента в зоне постоянного потока;

D — повышение напряжения применяется при очень низких частотах для улучшения пусковой характеристики и предотвращения нежелательного увеличения тока.

Во всех этих случаях зависимость «напряжение — частота» может быть линейной или нелинейной. согласно требованиям характеристики «вращающий момент нагрузки — скорость».

4.3.8    Резонансные зоны

Область, в которой происходит регулирование скорости двигателя, питаемого от преобразователя. может включать скорости, при которых может возникнуть резонанс в элементах статора двигателя, в системе «вал двигателя — нагрузка» или в приводимом в движение оборудовании.

В зависимости от типа преобразователя может быть обеспечена возможность пропустить резонансные частоты (введение частотного окна). Однако даже когда резонансные частоты пропущены, механизм будет проходить через эту зону частот (скоростей) при условии, что двигателю будет задан пуск на любую скорость выше данной. Уменьшение времени ускорения может способствовать минимизации времени прохождения резонансных частот.

4.3.9    Рабочий цикл

4.3.9.1 Общие положения

Механизмы с циклическими нагрузками характеризуются присутствием периодических изменений скоростей или нагрузок (см. IEC 60034-1). Этот тип механизмов предъявляет особые требования к двигателю и преобразователю.

-    Рассеяние тепла двигателем зависит от скорости вращения и способа охлаждения.

-    Иногда от двигателя может потребоваться вращающий момент, превышающий статический момент полной нагрузки Работа двигателя с перегрузкой может потребоваться для разгона, преодоления пиков нагрузки. а также при интенсивном торможении. Работа двигателя стоком выше номинального вызывает его перегрев. Это может потребовать более высокого класса изоляции двигателя или уточнение расчета циклограммы с учетом нагрева и охлаждения для данного применения (см. IEC 60034-1. режим работы S10).

-    Для уменьшения скорости двигателя могут потребоваться торможение постоянным током, динамическое или рекуперативное торможение. Независимо от того, производит ли двигатель вращающий момент, чтобы привести в действие механизм, отдает ли энергию от нагрузки через двигатель в преобразователь или создает тормозной момент для замедления посредством питания обмоток постоянным током, нагрев двигателя приблизительно пропорционален квадрату тока в обмотках. Этот нагрев должен быть

включен в анализ цикла работы. Кроме того, кратковременный вращающий момент, приложенный к валу при торможении, должен контролироваться на уровне, не приводящем к механическим повреждениям.

Примечание — IEC 61800-6 предоставляет информацию о режиме нагрузки и определении тока для всего электропривода.

4.3.9 2 Большие ударные нагрузки

Большие ударные нагрузки — особый случай работы, который имеет место в применениях с прерывистым вращающим моментом (например. IEC 60034-1. режим работы S6). В этих случаях нагрузка прилагается или снимается с двигателя очень быстро. Вращающий момент нагрузки может быть как положительным (против направления вращения двигателя), так и отрицательным (в направлении вращения двигателя).

Ударная нагрузка приводит к быстрому увеличению или уменьшению требуемого тока (от преобразователя). Если вращающий момент отрицателен, то двигатель может генерировать энергию, передавая ее в преобразователь. Переходные токи создают перенапряжения в обмотках статора. Величина этих переходных токов является функцией мощности преобразователя и двигателя.

4.4 Требования к двигателю

Примечание — Этот подпункт относится главным образом к асинхронным двигателям, но некоторые из требований могут также быть важными для других типов двигателей

Таблица 2 содержит рекомендации по выбору двигателей для основных рабочих режимов.

Таблица 2 — Рекомендации по выбору двигателя

Типовые требования различных технологических процессов

Рекомендации по выбору двигателя

Продолжительная работа на низкой скорости

Принудительное охлаждение.

При длительной эксплуатации подшипников на скорости ниже 10 % от номинальной их производитель должен подтвердить такую возможность

Широкий скоростной диапазон

Необходимо независимое от скорости охлаждение (независимая вентиляция или водяное охлаждение)

Обратная связь по скорости

Меры предосторожности для механической связи

Датчик скорости по возможности должен быть электрически изолирован

Продолжительная работа на высокой скорости (ослабление потока)

Различные аспекты механической части.

Высокий критический момент (т е малое реактивное сопротивление рассеяния) Постоянное U/f при f< f0(см рисунок 3)

Питание от преобразователя для повышения КПД двигателя

Особая конструкция ротора (стержни ротора с низким коэффициентом вытеснения тока, см 5 2).

Может неблагоприятно повлиять на способность пуска от сети

Пуски от сети или шунтирование на сеть

Конструкция ротора должна быть соответствующей Следовательно, решение может и не быть оптимизировано в сторону уменьшения потерь и увеличения КПД — необходимо компромиссное решение

Высокий пусковой момент

Если возможно, на частотах близких к нулю необходимо увеличить поток на 10—40 % (в зависимости от размера двигателя)

Просадка напряжения на преобразователе

Выбор номинального напряжения двигателя с учетом компенсации просадки напряжения на преобразователе

Многодвигательные системы с поддержанием скорости

Схожие механические характеристики двигателей

Для более тонкой настройки преобразователя в некоторых применениях у производителя можно затребовать электрические параметры эквивалентной схемы замещения двигателя (см. таблицу 3).

Таблица 3 — Параметры двигателя

Параметры

Описание/разъяснение

Скалярное управление

Векторное управление или прямое управление моментом и потоком

Максимальные значения

Максимальная скорость

Да

Да

Максимальная температура обмоток двигателя

Да

Да

Окончание таблицы 3

Параметры

Описание'разъяснение

Скалярное управление

Векторное управление или прямое управление моментом и потоком

Акустические параметры

Частоты, которые должен обойти преобразователь, чтобы избежать резонанса

Да, если присутствуют интервалы несущей частоты

Механические параметры

Момент инерции

Применения, где необходимо высокое ускорение

Дополнительно

Дополнительно

Требуемый момент трения вентилятора охлаждения в виде полинома т = *дл + kfi2

Для промышленных применений, где требуется точное определение выходной механической мощности

Дополнительно

Дополнительно

Электрические параметры Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя

Сопротивление статора (Я4)

При рабочей температуре

Дополнительно, для /Я-компенсации

Да

Сопротивление ротора (Я') (см примечание 1)

При рабочей температуре

Дополнительно для точного скалярного управления

Да

Реактивное сопротивление статора (Х„4)

При номинальной частоте

Дополнительно для точного скалярного управления

Да

Реактивное сопротивление ротора (X'w) (см примечание 1)

В номинальной рабочей точке, отличается от кз ротора

Дополнительно для точного скалярного управления

Да

Индуктивное сопротивление цепи намагничивания (Хт)

При основной частоте и номинальной рабочей точке

Дополнительно для точного скалярного управления

Да

Проводимость цепи намагничивания (Gm)

При основной частоте и номинальной рабочей точке

Дополнительно для точного скалярного управления

Да

Реактивное сопротивление цепи намагничивания в функции напряжения

При ослаблении потока

Да, для точного скалярного управления

Да

Обход критических скоростей в рабочем диапазоне

Скорость. запрещенная для установившегося режима (частотное окно)

Да

Да

Поверхностный эффект ротора

Для точного определения гармонических потерь и температурных перегрузок в применениях с быстрым токовым откликом и прецизионным управлением

Дополнительно

Дополнительно

Поверхностный эффект статора

Дополнительно

Дополнительно

Примечание 1 — Электрические параметры ротора (Я^) и (Х'пг) являются приведенными к цепи статора

Примечание 2 — Некоторые типы преобразователей не требуют задания активных и реактивных сопротивлений, так как определяют их сами

Указания относятся также к критическим скоростям вращения, при которых невозможна работа в продолжительном режиме.

Для более точного температурного анализа или в применениях, где необходимо точное управление высоким моментом на низких скоростях, для разработчика может быть очень полезной информация о теплоемкости и сопротивлении компонентов двигателя. Эти параметры могут зависеть как от частоты вращения, так и от частоты коммутации.

5 Потери и их влияние (для асинхронных двигателей, питаемых

от инверторов напряжения)

5.1 Общие положения

При подключении двигателя к выходу инвертора напряжения для проектирования коммутационных цепей стандартная схема замещения не представляет существенного значения, зато большое влияние на потери оказывают сопротивления двигателя на частотах гармоник. Инвертор напряжения оказывает существенное влияние на питаемую им электрическую машину. Выходное напряжение имеет синусоидальный характер, при котором каждая полуволна представляет собой последовательность прямоугольных импульсов напряжения с крутым фронтом и почти постоянной амплитудой (двухуровневые инверторы снижают амплитуду изменений напряжения внутреннего звена постоянного тока).

При питании двигателя несинусоидальным напряжением кроме обычных потерь из-за основных гармоник напряжения и тока создаются дополнительные потери. Величина этих дополнительных потерь зависит от скорости, напряжения и тока, формы выходного напряжения преобразователя, а также конструкции и размеров двигателя. Для двухуровневых преобразователей при отсутствии различного рода фильтров эти потери могут составить от 10 до 30 % от основных потерь и, таким образом, от 1 до 2 % от номинальной мощности двигателя, однако их величина уменьшается с увеличением мощности самого двигателя. Для трехуровневых преобразователей дополнительные потери меньше: обычно от 0.2 до 1 % от номинальной мощности.

При питании от преобразователя величина и характер дополнительных потерь зависят от конструкции двигателя, типа и параметров преобразователя, а также от используемых фильтров.

1 — суммарные потери от гармоник; 2 — гармонические потери в обмотках.

3 — гармонические потери в стали

Рисунок 4 — Пример зависимости потерь в электрической машине, вызванных гармониками Ph относительно потерь Pfl. на рабочей частоте Г, и частоте коммутации f, в случае питания от двухуровневого инвертора напряжения


Общая сумма дополнительных потерь, вызванных гармониками, уменьшается с увеличением частоты переключения (см. рисунок 4). Этот эффект вызван небольшими дополнительными потерями обмотки при высоких частотах переключения.

5.2    Источники дополнительных потерь при питании от инвертора и способы

их устранения

Из-за пульсаций на выходе преобразователя полное сопротивление двигателя зависит от частоты. Потери в этом сопротивлении обусловлены в основном наличием поверхностного эффекта в проводниках (главным образом, в стержнях ротора, в некоторых случаях в проводниках статора), а также вихревыми токами в зонах потока рассеяния (особенно в листах магнитопровода).

Дополнительные потери из-за применения преобразователя могут быть минимизированы различными конструктивными мерами:

-    применением ротора с меньшим коэффициентом поверхностного эффекта;

-    применением обмотки статора с меньшим коэффициентом поверхностного эффекта;

-    применением ротора с открытыми пазами;

-    предотвращением коротких замыканий между листами ротора;

-    уменьшением толщины листов статора и ротора для уменьшения потерь от вихревых токов;

-    уменьшением потерь от вихревых токов посредством дросселей или фильтров

5.3    Уменьшение потерь в двигателе с помощью преобразователя

5.3.1 Уменьшение основных потерь

Рисунок 5 иллюстрирует величину потерь в двигателе мощностью 37 кВт. 50 Гц. который питается от источника синусоидального напряжения и от инвертора напряжения с частотой коммутации импульсов 5.5 кГц. в режиме холостого хода и при номинальной нагрузке. Можно видеть, что дополнительные потери при питании от источника с широтно-импульсной модуляцией малы по сравнению с основными потерями.

А — полная нагрузи. ШИМ-питание; В — полная нагрузка, синусоидальное питание:

С — без нагрузки, ШИМ-питание: D — без нагрузки, синусоидальное питание

Рисунок 5 — Зависимость измеренных потерь PL от частоты f, нагрузки и типа питания

Главным преимуществом питания двигателя от преобразователя является возможность регулировки потока в зависимости от нагрузки (например, уменьшение потока при неполной нагрузке), благодаря чему снижаются основные потери, которые значительно выше дополнительных. Такая «оптимизация потока» часто используется в насосных и вентиляционных установках, для которых необходимый момент пропорционален квадрату скорости. При низких скоростях вращающий момент значительно меньше, поэтому он может быть создан при более слабом потоке и. следовательно, с более низкими потерями в двигателе.

Тот же принцип используется при «непрерывном управлении коэффициентом мощности» в применениях. где момент и/или скорость нагрузки изменяются. Поток двигателя регулируется таким образом. чтобы текущий коэффициент мощности оставался оптимальным.

Основные потери могут быть также уменьшены изменением параметров промежуточного звена постоянного тока.

5.3.2 Уменьшение дополнительных потерь при питании от инвертора

Дополнительные потери, обусловленные применением преобразователя, могут быть снижены посредством уменьшения гармонических составляющих выходного напряжения преобразователя:

-    оптимизацией последовательности импульсов:

-    увеличением частоты коммутации, при котором, как правило, дополнительные потери значительно снижаются при увеличении частоты пульсации на несколько кГц (см. рисунок 6). Однако с ростом частоты пульсации увеличиваются потери на коммутацию в преобразоватепе (см. рисунок А.1), в итоге сумма потерь минимальна при частоте в несколько кГц. Для преобразователей с релейным управлением или случайной частотой широтно-импульсной модуляции применяется усредненная частота коммутации, которая может зависеть от напряжения и тока;

-    применением многоуровневого преобразователя.

/Р. кГц

Рисунок 6 — Зависимость дополнительных потерь APL от частоты коммутации fp, при основной частоте 50 Гц (двигатель тот же, что на рисунке 5)

5.4    Использование фильтров для снижения дополнительных потерь в двигателе

при питании от преобразователя

Фильтры на выходе преобразователя используются для уменьшения амплитуды и производной напряжения, коммутируемого с высокой частотой, при этом они не влияют существенно на низкочастотное результирующее напряжение, подаваемое на двигатель. Общий эффект зависит от характера нагрузки и параметров двигателя и фильтра. Падение напряжения на фильтре уменьшает подводимое к двигателю напряжение, что должно быть принято во внимание во избежание увеличения основных токовых потерь в двигателе. Кроме того, в фильтре возникают потери, но они будут ниже, чем сокращение дополнительных потерь из-за питания от преобразователя, и таким образом полный КПД электропривода увеличивается.

Кроме сокращения дополнительных потерь в двигателе при питании от преобразователя, такие фильтры содействуют уменьшению перенапряжений на обмотках двигателя, уменьшению пульсаций момента и улучшению электромагнитной совместимости ЕМС (см. 9.2). Однако динамика электропривода ухудшится, могут быть и другие ограничения из-за падения напряжения на фильтре.

5.5    Влияние температуры на ресурс

Основные и дополнительные потери, обусловленные нагрузкой двигателя и формой выходного напряжения преобразоватепя, преобразуются в тепло в обмотках двигателя. Причиной нагрева двигателя может быть ухудшение охлаждения в связи с изменением скоростного режима.

Есть несколько способов предотвратить этот эффект:

-    использование системы независимого охлаждения, такой как IC0A6 или IC1А7 (см. МЭК 60034-6) для двигателя с воздушным охлаждением;

-    использование изоляции более высокого класса нагрева (см. IEC 60034-1);

-    полная компенсация температуры окружающей среды (см. IEC 60034-1):

-    увеличение габаритов двигателя:

-    оптимизация формы выходного напряжения преобразователя.

Примечание — Повышенные температуры могут затронуть не только изоляцию обмоток двигателя, но также и степень смазки подшипников и, следовательно, их ресурс

Влияние переменной нагрузки и скорости на температуру обмоток двигателя характеризуется режимом работы, что описано в IEC 60034-1. Самые подходящие режимы работы для двигателей, питаемых от преобразователя, — S1 и S10. Режим S1 предусматривает максимальную разрешенную температуру, тогда как S10 (работа с переменной нагрузкой и скоростью) допускает кратковременные температурные перегрузки, которые превышают температурный предел для этого теплового класса. Температурные пределы указаны в IEC 60034-1:2010, формула для вычисления теплового ресурса приведена в приложении А настоящего стандарта.

5.6 Определение коэффициента полезного действия двигателя

Рекомендуемые методы для определения коэффициента полезного действия (КПД) двигателя даны в IEC 60034-2-1 и IEC 60034-2-2. Новый метод определения гармонических потерь в асинхронных двигателях, питаемых от инверторов напряжения, представлен в IEC 60034-2-3.

При необходимости более точного определения общих потерь (включая добавочные потери от гармоник) они должны определяться с учетом используемого преобразователя.

6 Шум, вибрация и крутильные колебания

6.1    Шум

6.1.1    Общие положения

При работе преобразователя появляются три фактора, непосредственно определяющие уровень шума:

-    изменение скорости вращения от близкой к нулю до превышающей номинальную: непосредственное влияние оказывают подшипники, их смазка, вентиляция, а также другие факторы, связанные с изменением температуры:

-    частота и гармонический состав напряжения питания двигателя, оказывающие значительное влияние на магнитные шумы в сердечнике статора и, в меньшей степени, на шум в подшипниках:

-    торсионное и радиальное возбуждение в сердечнике статора из-за взаимодействия магнитных полей различной частоты в воздушном зазоре двигателя.

6.1.2    Влияние скорости на уровень шума

6.1.2.1    Подшипники скольжения

Уровень шума, производимого подшипниками скольжения, существенно не изменяется.

6.1.2.2    Подшипники качения

Частота шумов, производимых подшипниками качения, непосредственно зависит от скорости вращения. Если подшипники работают тихо на основной скорости, то маловероятно, что уровень шума значительно изменится при меньшей скорости. Однако когда скорость растет выше основной, возможно значительное увеличение уровня шума под действием гармоник основных частот из-за скольжения катящихся элементов Проявление этого эффекта резко усиливается с увеличением фактора скорости более чем на 180 000 (диаметр подшипника в мм. умноженный на частоту вращения в об/мин). Опыт показывает. что повышению уровня шума можно противостоять, улучшив процесс смазки использованием масляной ванны или смазыванием парами масла.

При работе двигателя на предельно высоких скоростях в допустимом диапазоне температура в подшипниках будет выше, чем на низких скоростях. Поэтому важно убедиться в том, что в конструкции заложены адекватный номинальный зазор и/или демпфирующий монтаж.

При низких скоростях вполне пригодна консистентная смазка подшипников.

6.1.2.3    Вентиляционный шум

Уровень шума от установленного на валу вентилятора приближенно соответствует характеристике. показанной на рисунке 7 (для линейной скорости на периферии вентилятора до 50 м/с). Уровень шума снижается примерно до 15 дБ при снижении скорости на 50 % и увеличивается примерно до 10 дБ при таком же увеличении скорости. Если электропривод нереверсивный, то эффективное сокращение шума может быть достигнуто благодаря использованию вентилятора с несимметричными лопастями.

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

©Стандартинформ, оформление, 2018

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Рисунок 7 — Зависимость изменения шума вентилятора AS от относительной скорости R вращения вентилятора

6.1.3 Шум от магнитного потока

Магнитный шум существенно зависит от растягивающих усилий, возникающих в радиальном направлении расточки статора. Эти силы, называемые силами Максвелла, возбуходаются от взаимодействия магнитных полей в воздушном зазоре. Данные усилия характеризуются амплитудой, частотой и формой. При малых амплитудах растягивающие усилия приводят к усилению звука лишь в случае совпадения их частоты и формы с частотой собственных колебаний конструкции статора.

В случае синусоидального питания магнитный шум вызван пространственными гармониками поля в воздушном зазоре. Цель профессионального проектирования электрической машины — избежать резонанса при номинальном режиме ее работы. Однако ввиду большого разнообразия пространственных гармоник поля слышимый магнитный шум неизбежен при определенных скоростях, когда электрическая машина работает при постоянном потоке в широком диапазоне настройки скорости, даже когда напряжение питания является синусоидальным. Во избежание слишком интенсивной шумовой эмиссии эффективным часто является обход небольших резонансных зон. Это означает, что причиной магнитного шума является не специфика преобразователя, а переменная частота синусоидального питания.

Когда двигателем нужно управлять в широком скоростном диапазоне, резонанс неизбежен из-за переменной частоты питания. Этот эффект связан не со свойствами преобразователя, а с переменной частотой синусоидального напряжения питания.

Для двигателей, питаемых от преобразователя, нужно также учитывать влияние переменных в пространстве полей двигателя, вызванных гармониками токов статора и ротора. В связи с этим важно понять, что при проектировании электропривода создание оптимальных по уровню шума решений невозможно без согласованной работы конструкторов двигателей и разработчиков преобразователей.

Опыт показывает, что при частоте коммутации импульсов меньше чем 3 кГц частоты гармонических составляющих могут быть близки к естественным частотам колебаний конструктивных элементов средних и больших двигателей, предназначенных для работы в широком диапазоне скоростей. В таких случаях практически неизбежны режимы резонанса в некоторых зонах скоростного диапазона (см. рисунок А.2). Резонансные частоты для режимов г = 0 и г = 2р (см. рисунок 8. режимы г = 0; 2 и 4) ниже, чем 2,5 кГц для двух- и четырехполюсных двигателей с высотой вала более 315 мм. Подчеркнем, что тенденция увеличения частоты преобразователя до 4 или 5 кГц и выше приведет к возможности появления резонанса и в существенно меньших двигателях.

При питании двигателя от преобразователя с широтно-импульсной модуляцией приращение шума, по сравнению с уровнем шума в том же двигателе при питании от синусоидального источника, является относительно небольшим (несколько дБ/А) для частоты коммутации выше 3 кГц. При более низких частотах коммутации увеличение шума может быть существенным (до 15 дБ/A). В некоторых современных преобразователях с широтно-импульсной модуляцией уже не используются фиксированные частоты коммутации, поэтому они являются источником широкого спектра дополнительных частот. Таким образом, рост уровня типичных и индивидуальных шумов двигателя может быть значительно ограничен.

Содержание

Введение.............................................................................1

1    Область применения..................................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................................2

3    Термины и определения...............................................................3

4    Характеристики электропривода........................................................4

4.1    Общие положения................................................................4

4.2    Информация о системе............................................................4

4.3    Область формирования механических характеристик...................................4

4.3.1    Общие положения.............................................................4

4.3.2    Допустимая область характеристик «скорость —    момент»............................4

4.3.3    Номинальные данные электрической машины......................................5

4.3.4    Факторы, влияющие на область формирования механических характеристик............6

4.3.5 Безопасная рабочая скорость, перегрузочная способность по скорости.................6

4.3.6    Охлаждающие устройства......................................................6

4.3.7    Характеристики «напряжение — частота».........................................6

4.3.8    Резонансные зоны.............................................................7

4.3.9    Рабочий цикл.................................................................7

4.4    Требования к двигателю............................................................8

5    Потери и их влияние (для асинхронных двигателей, питаемых от инверторов напряжения).......10

5.1    Общие положения...............................................................10

5.2    Источники дополнительных потерь при питании от инвертора и способы их устранения......11

5.3    Уменьшение потерь в двигателе с помощью преобразователя...........................11

5.3.1    Уменьшение основных потерь..................................................11

5.3.2    Уменьшение дополнительных потерь при питании от инвертора......................12

5.4    Использование фильтров для снижения дополнительных потерь в двигателе при питании

от преобразователя..............................................................12

5.5    Влияние температуры на ресурс....................................................12

5.6    Определение коэффициента полезного действия двигателя.............................13

6    Шум. вибрация и крутильные колебания.................................................13

6.1    Шум...........................................................................13

6.1.1    Общие положения............................................................13

6.1.2    Влияние скорости на уровень шума.............................................13

6.1.3    Шум от магнитного потока.....................................................14

6.1.4    Определение уровня шума и его пределы........................................15

6.2    Вибрация (без учета крутильных колебаний)..........................................15

6.2.1    Общие положения............................................................15

6.2.2    Определение уровня вибрации и его пределы.....................................16

6.3    Крутильные колебания момента....................................................16

7    Перенапряжения на изоляции двигателя................................................16

7.1    Общие положения...............................................................16

7.2    Причины перенапряжений.........................................................17

7.3    Перенапряжение в обмотках.......................................................18

7.4    Ограничения и ответственность....................................................20

7.4.1 Электрические машины напряжением до 1000    В...................................20

7 4 2 Электрические машины на напряжение свыше 1000 В..............................20

7.5    Методы уменьшения перенапряжения...............................................21

7.6    Ограничение перенапряжения изоляции.............................................21

8    Электрические токи через подшипники..................................................22

8.1    Источники токов через подшипники в двигателях, питаемых от преобразователей ..........22

8.1.1    Общие положения............................................................22

8.1.2    Магнитная асимметрия........................................................22

8.1.3    Накопление электростатического заряда.........................................22

8.1.4    Высокочастотные напряжения..................................................22

8.2    Образование высокочастотных токов через подшипники................................22

8.2.1    Общие положения ...........................................................22

8 2.2 Уравнительный ток...........................................................22

8.2.3 Ток заземления вала..........................................................22

8 2.4 Ток емкостного разряда.......................................................23

8.3    Цепь синфазной помехи..........................................................23

8.3.1    Общие положения............................................................23

8.3.2    Протекание тока синфазной помехи.............................................24

8.4    Паразитные емкости.............................................................24

8.4.1    Общие положения............................................................24

8.4.2    Главная составляющая емкости................................................25

8.4.3    Прочие емкости..............................................................25

8.5    Последствия больших токов в подшипниках..........................................25

8.6    Предотвращение повреждений от высокочастотного тока в подшипниках..................26

8.6.1    Основные способы...........................................................26

8.6.2    Другие профилактические меры................................................26

8.6.3    Другие факторы и особенности, влияющие на токи подшипников.....................28

8.7    Дополнительные соображения для двигателей, питаемых от высоковольтных

преобразователей — источников напряжения.........................................28

8.7.1    Общие положения............................................................28

8.7.2    Защита подшипников в короткозамкнутых асинхронных и синхронных бесколлекторных

двигателях с постоянными магнитами............................................28

8.7.3    Защита подшипников двигателей с контактными кольцами и синхронных двигателей

с независимым возбухщением..................................................28

8.8    Защита от тока через подшипники для двигателей, питающихся от высоковольтных

преобразователей с инверторами тока...............................................28

9    Монтаж............................................................................29

9.1    Заземление, монтажи кабельная разводка...........................................29

9.1.1    Общие положения............................................................29

9.1.2    Заземление.................................................................29

9.1.3    Подсоединение двигателей....................................................29

9.1.4    Силовые кабели двигателя для преобразователей частоты с высокой частотой коммутации .. 30

9.2    Реакторы и фильтры.............................................................34

9.2.1    Общие положения............................................................34

9.2.2    Выходные реакторы..........................................................34

9.2.3    Фильтр ограничения производной напряжения (du/df-фильтр)........................34

9.2.4    Синусный фильтр............................................................34

9.2.5    Терминальный модуль двигателя...............................................34

9.3 Коррекция коэффициента мощности................................................35

9.4    Мехатронные модули (двигатели, конструктивно объединенные с преобразователем).......35

10    Специфика синхронных двигателей с постоянными магнитами при питании от преобразователей

с инверторами напряжения...........................................................36

10.1    Характеристики системы.........................................................36

10.2    Потери и их влияние.............................................................36

10.3    Шум. вибрация и крутильные колебания............................................36

10.4    Электрическое воздействие на изоляцию двигателя..................................36

10.5    Токи в подшипниках.............................................................36

10.6    Специфика постоянных магнитов..................................................36

11    Специфика асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при питании от высоковольтных

преобразователей с инверторами напряжения...........................................37

11.1    Общие положения...............................................................37

11.2    Характеристики системы.........................................................37

11.3    Потери и их воздействие.........................................................38

11.4    Шум, вибрация и крутильные колебания............................................38

11.5    Электрические нагрузки на изоляцию двигателя......................................39

11.5.1    Общие положения...........................................................39

11.5.2    Перенапряжение на клеммах двигателя.........................................39

11.5.3    Перенапряжение на обмотках статора при применении преобразователя.............39

11.6    Токи через подшипники..........................................................41

12    Специфика синхронных двигателей при питании от преобразователей с инверторами напряжения... 41

12.1    Характеристики системы.........................................................41

12.2    Потери и их воздействие.........................................................41

12.3    Шум. вибрация и крутильные колебания............................................41

12.4    Электрические перенапряжения в изоляции двигателя................................41

12.5    Токи через подшипники..........................................................41

13    Специфика асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при питании

от преобразователей с инверторами тока...............................................41

13.1    Характеристики системы.........................................................41

13.2    Потери и их воздействие.........................................................42

13.3    Шум, вибрация и крутильные колебания............................................44

13.4    Электрические перенапряжения в изоляции двигателя................................44

13.5    Токи через подшипники..........................................................44

13.6    Специфика шестифазных короткозамкнутых асинхронных двигателей...................44

14    Специфика синхронных двигателей при питании от инверторов тока........................45

14.1    Особенности системы...........................................................45

14.2    Потери и их воздействия.........................................................46

14.3    Шум. вибрация и крутильные колебания............................................46

14.4    Электрические перенапряжения в изоляции двигателя................................46

14.5    Токи через подшипники..........................................................46

15    Специфика работы асинхронных двигателей при питании от преобразователей

с ШИМ-инверторами тока............................................................46

15.1    Характеристики системы (см. рисунок 34)...........................................46

15.2    Потери и их влияние............................................................47

15.3    Шум, вибрация и крутильные колебания............................................47

15.4    Электрические перенапряжения в изоляции двигателя................................48

15.5    Токи через подшипники..........................................................48

16    Асинхронные двигатели с фазным ротором при питании ротора от преобразователей

с инверторами напряжения...........................................................48

16.1    Характеристики системы ........................................................48

16.2    Потери и их воздействие.........................................................48

16.3    Шум. вибрация и крутильные колебания............................................48

16.4    Электрические перенапряжения в изоляции двигателя................................48

16.5    Токи через подшипники..........................................................48

17    Другие системы «преобразователь — двигатель»........................................48

17.1    Питание двигателей от циклоконверторов...........................................48

17.2    Асинхронные двигатели с фазным ротором при питании ротора от преобразователей

с инвертором тока в цепи ротора..................................................50

18    Особые замечания для стандартных асинхронных машин с фиксированной скоростью при питании

от преобразователя с инверторами напряжения.........................................50

18.1    Снижение номинальных значений крутящего момента во время работы преобразователя... 50

18 2 Потери и их воздействие .........................................................52

18.3    Шум. вибрация и крутильные колебания............................................52

18    4 Электрические перенапряжения в изоляции двигателя................................52

18.5    Токи через подшипники..........................................................53

18.6    Максимальная безопасная рабочая частота вращения................................54

19    Специфика синхронных индукторных двигателей при питании от преобразователей с инверторами

напряжения........................................................................54

19.1    Характеристики системы ........................................................54

19.2    Потери и их воздействие.........................................................54

19.3    Шум, вибрация и крутильные колебания............................................54

19.4    Электрические перенапряжения в изоляции двигателя................................54

19.5    Токи через подшипники..........................................................54

19    6 Отдельные аспекты синхронных индукторных двигателей..............................54

Приложение А (справочное) Характеристики преобразователя................................55

Приложение В (справочное) Выходные характеристики двухуровневого преобразователя с инвертором

напряжения.............................................................58

Приложение С (справочное) Напряжения, возникающие между преобразователем и электрической

машиной...............................................................61

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов

межгосударственным стандартам..........................................64

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ Часть 25

Электрические машины переменного тока, используемые в системах силового привода.

Руководство по применению

Rotating electrical machines Part 25 AC electrical machines used in power drive systems Application guide

Дата введения — 2019—06—01

Введение

Характеристики и переменные электрической машины при ее работе от преобразователя определяются системой электропривода в целом, включая систему питания, силовой преобразователь, кабельные соединения, электрическую машину, трансмиссию и систему управления. Каждый из этих компонентов может присутствовать в различном техническом исполнении. Поэтому каждая величина, содержащаяся в настоящем стандарте, рассматривается отдельно.

Ввиду наличия сложных взаимосвязей внутри системы и разнообразия режимов работы определение всех важных для проектирования электропривода численных значений параметров и их ограничений в рамках настоящего стандарта не представляется возможным.

Более того, на практике электропривод часто комплектуется элементами от разных производителей. Поэтому целью данного стандарта является объяснить, насколько возможно, влияние комплектующих на дизайн электрической машины и ее характеристики.

Настоящий стандарт распространяется как на машины, специально спроектированные для питания от преобразователя, так и на машины, питаемые от преобразователя, входящие в сферу применения стандарта IEC 60034-12 и предназначенные для работы от сети.

1 Область применения

Настоящий стандарт содержит характеристики электрических машин переменного тока, предназначенных для питания от преобразователей.

Определены требования к проектированию электрических машин, специально предназначенных для работы от преобразователей. Стандарт также определяет параметры интерфейса и взаимодействия между электрической машиной и преобразователем, включая руководство по монтажу и наладке системы силового привода, но не содержит требования к напряжению на фазах питания двигателя, которые описаны в IEC 61800-8.

Общие требования соответствующих частей стандартов серии IEC 60034 также применяются к электрическим машинам, рассматриваемым в настоящем стандарте.

Для электрических машин, работающих в потенциально взрывоопасных средах, дополнительные требования описаны в серии стандартов IEC 60079 или серии IEC 61241.

Требования безопасности не являются основной темой настоящего стандарта, однако некоторые из его рекомендаций могут быть важны для безопасности и могут быть рассмотрены по мере необходимости.

Если производитель преобразователя дает конкретные рекомендации по установке, то они должны иметь приоритет над рекомендациями настоящего стандарта.

Издание официальное

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы. Для датированных ссылок используются только упоминаемые издания. Для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все изменения к нему).

IEC 60034-1:2010 Rotating electrical machines — Part 1: Rating and perfonnance (Машины электрические вращающиеся. Часть 1. Номинальные значения параметров и эксплуатационные характеристики) IEC 60034-2-1 Rotating electrical machines — Part 2-1: Standards methods for determining losses and efficiency from tests (excluding machines for traction vehicles) (Машины электрические вращающиеся. Часть 2-1. Стандартные методы определения потерь и коэффициента полезного действия вращающихся электрических машин (за исключением машин для подвижного состава)]

IEC 60034-2-2 Rotating electrical machines — Part 2-2: Specific methods for determining losses of large machines from tests — Supplement to IEC 60034-2-1 (Машины электрические вращающиеся. Часть 2-2. Специальные методы определения потерь больших машин по испытаниям. Дополнение к IEC 60034-2-1) IEC/TS 60034-2-3 Rotating electrical machines — Part 2-3: Specific tests methods for determining losses and efficiency of converter-fed AC induction motors (Машины электрические вращающиеся. Часть 2-3. Специальные методы определения потерь и коэффициента полезного действия асинхронных двигателей переменного тока с питанием от преобразователя)

IEC 60034-6 Rotating electrical machines — Part 6: Methods of cooling (1C code) (Машины электрические вращающиеся. Часть 6. Методы охлаждения (код 1C)]

IEC 60034-9:2003 Rotating electrical machines — Part 9: Noise limits (Машины электрические вращающиеся. Часть 9. Предельные уровни шума)

IEC 60034-12 Rotating electrical machines — Part 12: Starting performance of single-speed three-phase cage induction motors (Машины электрические вращающиеся. Часть 12. Пусковые характеристики односкоростных трехфазных двигателей с короткозамкнутым ротором)

IEC 60034-14:2007 Rotating electrical machines — Part 14: Mechanical vibration of certain machines with shaft heights 56 mm and higher — Measurement, evaluation and limits of vibration severity (Машины электрические вращающиеся. Часть 14 Механическая вибрация некоторых видов машин с высотами вала 56 мм и более. Измерения, оценка и пределы вибрации)

IEC/TS 60034-18-41:2014 Rotating electrical machines — Part 18-41: Partial discharge free electrical insulation systems (Type I) used in rotating electrical machines fed from voltage converters — Qualification and quality control tests (Машины электрические вращающиеся. Часть18-41. Системы электроизоляции, свободные от частичного разряда (тип I), используемые во вращающихся электрических машинах с питанием от преобразователей источника напряжения. Квалификационные испытания и проверка системы контроля качества]

IEC/TS 60034-18-42 Rotating electrical machines — Part 18-42: Qualification and acceptance tests for partial discharge resistant electrical insulation systems (type II) used in rotating electrical machines fed from voltage converters (Машины электрические вращающиеся. Часть18-42. Квалификационные и приемочные испытания для систем электроизоляции, стойких к частичному разряду, типа II. используемых во вращающихся электрических машинах с питанием от преобразователей источника напряжения)

IEC 60050 (all parts) International Electrotechnical Vocabulary (available at http://www.electropedia.org) (Международный электротехнический словарь (доступный в http://www.electropedia.org)]

IEC/TR 61000-5-1 Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 5: Installation and mitigation guidelines — Section 1: General considerations — Basic EMC publication (Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 5. Руководящие указания по установке устройств защиты и подавлению помех. Раздел 1. Общие соображения. Основная публикация по электромагнитной совместимости]

IEC/TR 61000-5-2 Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 5: Installation and mitigation guidelines — Section 2: Earthing and cabling (Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 5. Руководящие указания по установке устройств защиты и подавлению помех. Раздел 2. Заземление и прокладка кабеля] IEC 61800-2:1998 Adjustable speed electrical power drive systems — Part 2: General requirements — Rating specifications for low voltage adjustable frequency a. c. power drive systems (Системы силовых электроприводов с регулируемой скоростью. Часть 2. Общие требования. Номинальные технические характеристики низковольтных систем силовых электроприводов переменного тока с регулируемой частотой) IEC 61800-3 Adjustable speed electrical power drive systems — Part 3: EMC requirements and specific test methods (Системы силовых электроприводов с регулируемой скоростью. Часть 3. Требования к электромагнитной совместимости и специальные методы испытаний)

IEC 61800-5-1 Adjustable speed electrical power drive systems — Part 5-1: Safety requirements — Electrical, thermal and energy (Системы силовых электроприводов с регулируемой скоростью. Часть 5-1. Требования к электрической, термической и энергетической безопасности)

IEC/TS 61800-8:2010 Adjustable speed electrical power drive systems — Part 8: Specification of voltage on the power interface (Электроприводы с регулируемой скоростью. Часть 8. Спецификация напряжения на силовом сопряжении)

IEC/TS 62578:2009 Power electronics systems and equipment—Operation conditions and characteristics of active infeed converter application (Системы и оборудование для силовой электроники. Условия эксплуатации и характеристики преобразователя с электропитанием)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

3.1    коэффициент напряжения в подшипнике, BVR (bearing voltage ratio): Отношение напряжения емкостной связи в подшипнике к синфазному напряжению.

3.2    соединение (bonding): Электрическое соединение металлических частей установки между собой и с землей (эквипотенциальное соединение и заземление).

Примечание — Для целей настоящего стандарта это определение сочетает элементы IEC 6005019501-10 (эквипотенциальное соединение) и IEC 60050-195-01-16 (функциональное эквипотенциальное соединение).

3.3    синфазное напряжение (ток) (common model voltage (current)): Среднее арифметическое фазных напряжений (токов) относительно земли.

3.4    преобразователь (converter): Устройство для электронного преобразования энергии с изменением одной или более ее электрических характеристик. Содержит одно или более электронных коммутационных устройств и присоединенных компонентов, таких как трансформаторы, фильтры, вспомогательные средства коммутации, управления, защиты и при необходимости вспомогательное оборудование для собственных нужд.

(IEC 61800-2, 2.2.1, измененный (прим. 1 к дополнению))

Примечание — Это определение взято из IEC 61800-2 и в данном стандарте охватывает термины «комплектный преобразователь» (CDM) и «базовый модуль преобразователя» (BDM), как это используется в серии стандартов IEC 61800.

3.5    электрическая машина с питанием от преобразователя (converter-fed electrical machine): Электрическая машина, питающаяся от преобразователя частоты.

3.6    электрическая машина с нерегулируемой скоростью (fixed-speed electrical machine): Электрическая машина с заявленной номинальной мощностью при питании от сети частотой 50 или 60 Гц.

Примечание — Электрическая машина с нерегулируемой скоростью может питаться от преобразователя и иметь регулируемую скорость

3.7    электромагнитная совместимость (electromagnetic compatibility). ЕМС: Способность оборудования или системы функционировать удовлетворительно в окружающей ее электромагнитной среде без привнесения недопустимых электромагнитных помех куда-либо в этом окружении.

(IEC 60050-161:1990, 161-01-07)

3.8    ослабление поля (field weakening): Режим работы двигателя, при котором его магнитный поток меньше, чем поток в номинальном режиме работы.

3.9    время нарастания (rise time): Временной интервал между 10 и 90 % напряжения от нуля до максимума (см. рисунок 12).

3.10    электропривод (power drive system), PDS: Система, состоящая из силового оборудования (преобразователь, двигатель переменного тока и другое оборудование, например система питания и др.) и аппаратуры управления подачей команд, напряжением, частотой, током, а также устройств защиты. мониторинга, коммуникации, тестирования, диагностики, интерфейса и т. д.

3.11    защитное заземление (protective earthing). РЕ: Точка или точки заземления в системе или в установке, или в оборудовании в целях электрической безопасности.

[IEC 60050-195:1998,195-01-11, измененный)

3.12    пропуск частотного окна (skip band): Небольшой диапазон рабочих частот, где установившаяся работа системы силового электропривода запрещена.