Auto-noginsk.ru

Авто Ногинск
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Замена приводов постоянного тока на асинхронные двигатели с частотным о-методический материал

Замена приводов постоянного тока на асинхронные двигатели с частотным регулированием.
учебно-методический материал

Замена приводов постоянного тока на асинхронные двигателя с частотным регулированием.

Замена двигателей постоянного тока на асинхронные регулируемые двигатели Двигатели постоянного тока (ДПТ) широко применяются и в наше время, благодаря использованию современных тиристорных преобразователей, которые позволяют осуществлять регулирование скорости этих двигателей путем изменения напряжения на якоре или в обмотках возбуждения. Для расширения диапазона регулирования скорости используются различные сигналы обратной связи (напряжение на якоре, тахогенераторы и т.д.). Однако эксплуатация двигателей постоянного тока влечет за собой ряд значительных неудобств, связанных с конструктивными особенностями машин данного типа, а именно:

1. Сложность конструкции и, как результат, высокая цена.

2. Наличие щеточно-коллекторного узла.

3. Большая масса.

4. Необходимость в периодическом обслуживании.

5. Ограниченный ресурс.

Все эти недостатки требуют существенных затрат при покупке машин постоянного тока и их дальнейшей эксплуатации, а также они могут значительно снизить надежность и точность систем в целом. Необходимо планировать дополнительные планово-предупредительные работы и останавливать производство для обслуживания щеточно-коллекторных узлов, проводить периодическую продувку машин от пыли.

До недавнего времени внедрение асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутыми роторами в системы, где требуется широкий диапазон регулирования скорости, не представлялось возможным, а для изменения скорости движения приводных механизмов использовались переключаемые редукторы или вариаторы.

Дальнейшим развитием таких систем стало появление асинхронных двигателей с переключением числа полюсов (двух и трех скоростные двигатели), что позволяло ступенчато изменять скорость вращения. С развитием полупроводниковой электроники (разработка IGBT транзисторов), появилась возможность производства недорогих микропроцессорных преобразователей частоты (инверторов), с по- мощью которых стало возможным полноценно управлять скоростью асинхронных двигателей в ши- роком диапазоне регулирования (1:1000). Теперь частота вращения АД не зависит от частоты питающей сети, двигатели можно разгонять ниже и выше их номинальной скорости. Также появилась возможность управления моментом асинхронных двигателей. Системы управления движением с использованием асинхронных двигателей и преобразователей частоты получаются дешевле и проще подобных систем с двигателями постоянного тока. В качестве датчиков обратной связи широко используются цифровые устройства (энкодеры), которые менее подвержены влиянию электромагнитных помех, чем тахогенераторы, используемые с машинами постоянного тока. Асинхронный двигатель – простая, недорогая, не требующая обслуживания машина. Именно эти аргу- менты привели к тому, что на многих предприятиях машины постоянного тока с тиристорными преобразователями стали заменяться на асинхронные двигатели с системами управления, построенными на преобразователях частоты (частотных инверторах).

При подборе асинхронного двигателя взамен машины постоянного тока необходимо учитывать разность характеристик этих машин. Подбор двигателя осуществляется по следующим параметрам:

1. По номинальной скорости вращения. Диапазон изменения частоты вращения вала асинхронного двигателя должен быть равен или больше чем у двигателя постоянного тока.

2. По моменту (номинальному, пусковому, максимальному). Номинальный момент асинхронного двигателя должен быть равен или быть больше исходного при условии длительной работы в заданном диапазоне частот вращения без перегрева. Максимальный и пусковой моменты должны быть равны или быть больше пускового момента, определенного для данного механизма. 1 На рисунке 1 и 2 представлены механические характеристики регулируемого асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока соответственно. При замене двигателя постоянного тока необходимо однозначно определить диапазон скорости вращения вала и требуемый момент в этом диапазоне. Как правило, для удовлетворения механических характеристик приводного механизма, приходится ставить асинхронный двигатель соответствующей мощности. Рис.1 Механические характеристики регулируемого асинхронного двигателя М ном М пуск М ном М пуск Рис.2 Механические характеристики регулируемого двигателя постоянного тока

3. По режиму работы. Нагрев электрической машины зависит от режима ее работы, то есть от соотношения длительности периодов работы под нагрузкой и пауз между ними, или периодов работы с полной или частичной нагрузкой, от частоты включения машины и характера протекания переходных процессов. Подразделяют следующие режимы работы: Продолжительный режим (S1) — режим при котором время работы машины при практически неизменных нагрузке и температуре окружающей среды достаточно для нагрева всех её частей до практически устано- вившейся температуры. Режим характеризуется неизменными потерями в течение всего времени работы машины. 2 Кратковременный режим (S2) — режим при котором периоды неизменной нагрузки чередуются с периодами отключения машины, причем за время работы температура частей машины не успевает достигнуть установившегося значения, а за время пауз машина охлаждается до холодного состояния. Повторно-кратковременные режимы (S3-S8) — отличаются от кратковременного продолжительностью включения под неизменную нагрузку и продолжительностью периодов отключения, причем время работы машины всегда меньше времени, необходимого для нагрева ее частей до установившейся температуры, а время пауз меньше необходимого для остывания машины до практически холодного состояния. Отличие между режимами S3-S8 заключается частотой пусков и продолжительностью включения машины.

4. По условиям эксплуатации. Согласно ГОСТ 17498-87 асинхронный двигатель должен иметь соответствующую степень защиты IPXX, где первый символ X означает степень защиты оболочкой, от проникновения инородных твердых тел, второй символ X означает степень защиты оболочкой от вредных воздействий проникающей воды. Например, IP54 — “Машина не полностью защищена от проникновения внутрь оболочки пыли (однако, пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и воды, разбрызгиваемой на оболочку в любом направлении”. В настоящее время все чаще в качестве главного привода в новых разработках машин применяется асинхронный двигатель с частотным преобразователем векторного типа или с обратной связью по скорости или по положению ротора. Последние достижения в области силовой электроники и микро- процессорной технике позволили значительно уменьшить стоимость комплектующих изделий частотного преобразователя при возросшей надежности этих изделий. В качестве частотного преобразователя часто используются изделия иностранных фирм. Анализ аналогичных изделий российского производства показывает, что все приводы изготавливаются с применением им- портных комплектующих, таких, как силовые IGBT модули и специализированные процессоры управления, не изготавливаемых российской промышленностью. Поэтому стоимость таких приводов при мелкосерийном производстве единичным предприятием не может быть ниже импортных, которые выпускаются тысячными партиями в год на нескольких специализированных производствах. Иностранные фирмы имеют несколько десятков заводов и представителей в разных странах мира, что позволяет постоянно отслеживать качество выпускаемых изделий. Имея собственных разработчиков, эти фирмы имеют возможность постоянно обновлять и улучшать выпускаемые изделия с появлением новых разработок в электронике.

Читайте так же:
Трактор т 25 регулировка клапанов зазор

Сравнивая стоимость комплектного привода (преобразователь + двигатель) можно однозначно заключить, что в настоящее время до мощности 5…7 кВт стоимость частотного привода значительно меньше по сравнению с аналоговым приводом постоянного тока. В случае применения современного цифрового привода постоянного тока стоимость частотных приводов с регулируемыми АД меньше стоимости привода с ДПТ во всем диапазоне мощностей.

Недостатком аналогового привода постоянного тока является низкая помехоустойчивость, сложность в на- стройке и нестабильность параметров. В качестве датчика обратной связи по скорости применяется тахогенератор, имеющий те же недостатки, что и коллекторный двигатель. Современные микроконтроллеры применяемые в частотных преобразователях, позволяют обрабатывать данные за период в несколько десятков микросекунд, (десять лет назад это время составляло 200 мс), что позволило расширить диапазон регулирования с обратной связью до 1:5000 с точностью поддержания скорости 0,2 оборота во всем диапазоне, что приближает данные привода к ста- ночным сервоприводам. Меньшая масса ротора асинхронного двигателя по сравнению с якорем двигателя постоянного тока позволяет повысить динамику привода в следящих и быстродействующих системах и повысить пре- дельные скорости вращения двигателей для приводов с новыми быстроходными инструментами (фрезы, пилы, диски, сверла).

3 Для примера приведен вариант замены двигателя постоянного тока на бумагорезательном станке. Фактор Привод постоянного тока Частотный привод Цена оборудования 2,5 кВт 1000 об/мин 2ПБ160М – 60 000 р. + блок управления Преобразователь частоты 5 кВт. + двигатель 3,0 кВт 1000 об/мин 4АМ112МА6 – 30 000 р. Периодичность планового ремонта 2 раза в год 1 раз в год Средняя стоимость годового обслуживания 10 000 р. 2 000 р. Средняя стоимость капитального ремонта двигателя 48 000 р. 4 000 р. Гарантийный срок 1 год (после ремонта) 3 года (после установки) КПД системы (включая преобразователь и выпрямитель) 75% 80% Стоимость модернизации (без учета материалов) — 25 000 р. (Практический пример и числовые данные взяты из Интернета.) Как видно из таблицы, установка частотного преобразователя окупается для заказчика за 2 года.

Стоимость асинхронного электродвигателя в несколько раз меньше стоимости двигателя постоянного тока. Асинхронные электродвигатели просты в обслуживании, надежны в эксплуатации и весьма долговечны (до 10 лет и более). С использованием преобразователя плавный программируемый пуск начинается с пониженной частоты, возрастающей по мере разгона, это очень похоже на реостатный пуск двигателя постоянного тока, ток ограничивается частотным инвертором, его максимальное пусковое значение снижается . При этом снимаются все ограничения по количеству пусков в час или за сутки работы двигателя. Для асинхронных двигателей общепромышленного применения разработаны и серийно изготавливаются стандартные редукторы различного типа (цилиндрические, червячные, планетарные). Все они могут быть успешно применены и для регулируемых асинхронных двигателей. Замена двигателей постоянного тока на регулируемые асинхронные двигатели может производиться при модернизации устаревшего оборудования и при проектировании нового технологического оборудования.

Области применения регулируемого асинхронного привода весьма широки. Этот привод можно успешно применять, например, в деревообрабатывающем оборудовании, в металлорежущем, в промышленных пылесосах, компрессорах, насосах для перекачки жидкостей, в поломоечных машинах, в электроштабелерах, электропогрузчиках и электротележках в качестве тяговых или исполнительных двигателей (работа с автономными аккумуляторами). Диапазон номинальных рабочих напряжений асинхронных регулируемых двигателей — 40…400 В. Охлаждение – воздушное (собственное или внешнее). Двигатели имеют защиту от перегрева обмоток. Для всего этого рабочего диапазона номинальных напряжений выпускаются серийные частотные преобразователи, например, фирмой «Семикрон» (Германия).

Регулирование скорости двигателей постоянного тока

Регулирование скорости движков неизменного токаИз уравнения электромеханической свойства мотора неизменного тока независящего возбуждения следует, что вероятны три метода регулирования его угловой скорости:

1) регулирование за счет конфигурации величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2) регулирование за счет конфигурации потока возбуждения мотора Ф,

3) регулирование за счет конфигурации подводимого к обмотке якоря мотора напряжения U . Ток в цепи якоря I я и момент М, развиваемый движком, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Читайте так же:
Как регулировать колодки на велосипеде с дисковыми тормозами

Разглядим 1-ый метод регулирования скорости мотора неизменного тока конфигурацией сопротивления в цепи якоря . Схема включения мотора для этого варианта представлена на рис. 1 , а электромеханические и механические свойства — на рис. 2 , а.

Схема включения мотора неизменного тока независящего возбуждения

Рис. 1. Схема включения мотора неизменного тока независящего возбуждения

Механические свойства мотора неизменного тока при разных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)

Рис. 2. Механические свойства мотора неизменного тока при разных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке разные угловые скорости электродвигателя на искусственных свойствах — ω1, ω2, ω3.

Проведем анализ данного метода регулирования угловой скорости движков неизменного тока при помощи главных технико-экономических характеристик. Потому что при данном методе регулирования меняется твердость черт в широких границах, то при скоростях наименее половины номинальной стабильность работы мотора резко усугубляется. По этой причине спектр регулирования скорости ограничен ( D = 2 — З).

Скорость при данном методе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические свойства. Высшую плавность регулирования тяжело обеспечить, потому что потребовалось бы существенное количество ступеней регулирования и соответственно огромное число контакторов. Полное внедрение мотора по току (нагреву) в данном случае достигается при регулировании с неизменным моментом нагрузки.

Недочетом рассматриваемого метода является наличие значимых утрат мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного метода регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

Беря во внимание огромные утраты в реостате при малых скоростях, данный метод регулирования скорости применяется для приводов с краткосрочным и повторно-кратковременным режимами работы.

Регулирование скорости движков неизменного токаПри втором методе регулирование угловой скорости движков неизменного тока независящего возбуждения осуществляется конфигурацией величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость мотора как при нагрузке, так и при холостом ходе растет, а при усилении потока — миниатюризируется. Фактически может быть изменение скорости исключительно в сторону роста ввиду насыщения мотора.

При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент мотора неизменного тока меняется по закону гиперболы, а мощность остается неизменной. Спектр регулирования скорости для данного метода D = 2 — 4 .

Механические свойства для разных значений потока мотора приведены на рис. 2 , а и 2 , б, из которых видно, что свойства в границах номинального тока имеют высшую степень жесткости.

Обмотки возбуждения движков неизменного тока независящего возбуждения владеют значимой индуктивностью. Потому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а как следует, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавненько.

Существенными преимуществами данного метода регулирования скорости являются его простота и высочайшая экономичность.

Данный метод регулирования употребляют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего увеличение скорости при холостом ходе механизма.

3-ий метод регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря мотора. Угловая скорость мотора неизменного тока независимо от нагрузки меняется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Так как все регулировочные свойства являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех черт постоянной, работа мотора является размеренной на всех угловых скоростях и, как следует, обеспечивается широкий спектр регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот спектр равен 10 и может быть расширен за счет особых схем управления.

При данном методе угловую скорость можно уменьшать и наращивать относительно основной. Увеличение скорости ограничено способностями источника энергии с регулируемым напряжением и U ном мотора.

Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного конфигурации подводимого к движку напряжения, то регулирование скорости мотора будет плавным.

Данный метод регулирования является экономным, так-так регулирование угловой скорости мотора неизменного тока независящего возбуждения осуществляется без дополнительных утрат мощности в силовой цепи якоря. По всем вышеперечисленным показателям данный метод регулирования по сопоставлению с первым и вторым лучший.

Электродвигатели

Обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (беличья клетка). Обмотка статора (обмотка возбуждения) питается от сети переменным током – образуется вращающееся магнитное поле, которое индуцирует в обмотках ротора ток. На проводники с током обмотки ротора со стороны магнитного поля обмотки возбуждения действуют электромагнитные силы — образуется вращающий момент, увлекающий ротор за магнитным полем. Частота вращения ротора не может достигнуть частоты вращения магнитного поля статора (поэтому электродвигатель и называется асинхронным), в противном случае угловая скорость вращения магнитного поля относительно обмотки ротора станет равной нулю и магнитное поле перестанет индуцировать в обмотке ротора ЭДС и создавать крутящий момент.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Обмотки ротора выводятся на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины. С помощью металлографитовых щёток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора включается пускорегулирующий реостат. Увеличивая сопротивление реостата в момент пуска, можно увеличить пусковой момент и снизить пусковой ток.

Синхронные электродвигатели

Обмотка статора (якорная обмотка) питается от сети переменным током – образуется вращающееся магнитное поле. На роторе находится индукторная обмотка, выведенная на контактные кольца. При пуске обмотки ротора закорачиваются накоротко или через реостат, и двигатель разгоняется в асинхронном режиме. После выхода на скорость, близкую к номинальной, индуктор запитывается постоянным током — создаётся постоянное магнитное поле, которое сцепляется с магнитным полем статора и начинает вращаться с ним синхронно (двигатель входит в синхронизм).

Читайте так же:
Регулировка карбюратора yamaha bws 100

Режимы работы асинхронного двигателя

  • Двигательный

Электродвигатель преобразует электрическую энергию, потребляемую из сети, в механическую.

Асинхронный двигатель переходит в генераторный режим, если ротор начинает вращаться быстрее магнитного поля – на валу появляется тормозной момент. В этом режиме электродвигатель преобразовывает механическую энергию в электрическую и отдаёт её в сеть.

Асинхронный двигатель переходит в режим электромагнитного тормоза, если ротор и магнитное поле статора вращаются в разные стороны — на валу появляется тормозной момент, но двигатель при этом продолжает потреблять электроэнергию из сети — вся потребляемая энергия идёт на нагрев двигателя.

Способы регулирования скорости вращения асинхронного двигателя

  • Реостатное

В цепь ротора (двигателя с фазным ротором) вводятся добавочные сопротивления — механическая характеристика двигателя становится мягче (ухудшается устойчивость работы, увеличивается скольжение), скорость снижается, при этом увеличивается пусковой момент и сохраняется перегрузочная способность.
Недостатки: большие потери на реостате, скорость меняется скачками.

В многоскоростных двигателях, по-разному коммутируя обмотки статора, можно менять число пар полюсов, а значит и скорость вращения вала, т.к. скорость вращения магнитного поля пропорциональна числу пар полюсов. При этом способе сохраняется КПД и жёсткость механических характеристик, но снижается перегрузочная способность (которую можно сохранить, изменяя напряжение).
Недостатки: ступенчатое регулирование, высокая цена, большие габариты.

Для этого способа регулирования применяются преобразователи частоты. Если при изменении частоты сохранять неизменным магнитный поток (а для этого мы должны поддерживать постоянным соотношение U/f), то мы получаем семейство механических характеристик с одинаковой жёсткостью и перегрузочной способностью.
Преимущества: плавность регулирования, отличные экономические характеристики, возможность увеличивать частоту выше 50 Гц (частоты сети).

Как выбрать электродвигатель

Обмотка ротора

  • Короткозамкнутый ротор (беличья клетка)
  • Фазный ротор: обмотка ротора выведена на контактные кольца, вращающиеся с валом двигателя. С помощью металлографитовых щёток в цепь ротора включается пуско-регулирующий реостат. С помощью этого реостата можно уменьшить пусковой ток и регулировать скорость вращения вала двигателя.

Обмотка статора, напряжение питания

Обмотка статора может быть соединена по схеме «звезда» или «треугольник».
Если на шильдике двигателя написано: 220/380, D/Y, то это значит, что двигатель можно включать в сеть с Uл = 220 В по схеме «треугольник», а с Uл = 380 В — по схеме «звезда».

Для IEC двигателей стандартное напряжение — 230/400 В, а для отечественных — 220/380 В.

Типоразмер

Типоразмер или габарит (Frame size) — это расстояние в миллиметрах «от пола» до оси вала двигателя. Типоразмеры отечественных двигателей (ГОСТ) и импортных (IEC, NEMA) в общем случае не совпадают: наши двигатели ниже, чем импортные той же мощности.

Материал корпуса (станины)

  • Алюминий (Aluminium)
  • Чугун (Cast Iron).

Коэффициент полезного действия (Efficiency)

КПД η равен отношению механической мощности на валу двигателя P2 к потребляемой из сети электрической мощности P1.

Выходная мощность меньше входной на величину потерь.

Класс энергоэффективности

  • EFF1 (High Efficiency motors)
  • EFF2 (Improved Efficiency motors)
  • EFF3 (Conventional Efficiency motors).

Монтажное исполнение

  • Лапы (Foot) литые с корпусом или прикручиваемые
  • Фланцы (Flange) с врезными отверстиями (малые фланцы) или со сквозными (большие фланцы)
  • Комбинированные — лапы и фланец.

Класс защиты корпуса двигателя IP

Стандартная степень защиты электродвигателей — IP55.

Скорость вращения

Скорость вращения магнитного поля двигателя (синхронная скорость):
n1 = 60f / p [об/мин],
где p — число пар полюсов двигателя,
f — частота сети (50 Гц).

  • 2 полюса — 3000 об/мин
  • 4 полюса — 1500 об/мин (стандарт)
  • 6 полюсов — 1000 об/мин
  • 8 полюсов — 750 об/мин
  • 10 полюсов — 600 об/мин
  • 12 полюсов — 500 об/мин.

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя меньше скорости вращения магнитного поля:
n2 = n1(1 — s),
где s — скольжение.

Многоскоростные электродвигатели — это двигатели, у которых ступенчатое изменение скорости реализовано с помощью переключения числа пар полюсов.

Температура окружающей среды и высота над уровнем моря

При установке двигателя выше 1000 метров над уровнем моря и при эксплуатации при повышенной температуре окружающей среды необходимо учитывать снижение (Derating) мощности двигателя (для этого есть специальные таблицы).

Класс нагревостойкости изоляции

  • B — 130° С
  • F — 150° С (достаточно для работы от преобразователя частоты)
  • H — 180° С

Номинальные характеристики двигателя для всех классов изоляции указываются для температуры охлаждающей среды +40°С.

Режим нагрузки (Duty)

  • S1 — продолжительный: двигатель работает при установившейся температуре
  • S2 — кратковременный: двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, но во время остановки успевает полностью охладиться
  • S3 — повторно-кратковременный: работа с постоянной нагрузкой чередуется с выключениями, при этом двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
  • S4 — повторно-кратковременный с длительными пусками: двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
  • S5 — повторно-кратковременный с длительными пусками и электрическим торможением: двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
  • S6 — перемежающийся: работа с постоянной нагрузкой чередуется с работой на холостом ходу, при этом двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
  • S7 — перемежающийся с длительными пусками и торможениями: двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
  • S8 — перемежающийся с периодическим изменением скорости вращения: двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
Читайте так же:
Как отрегулировать ремень вариатора на полярис

Тепловая защита двигателя

  • PTC-термисторы — это резисторы, сопротивление которых мгновенно возрастает при достижении заданной температуры. От 1 до 3 термисторов соединяются последовательно для сигнализации температуры отключения (Trip), например, 155°C. Ещё одна цепочка термисторов может быть настроена на сигнал предупреждения (Alarm), например, 145°C.
  • PT100 — платиновые датчики температуры обладают высокой стойкостью к окислению и большой точностью измерения. PT100 подключаются по 2-х, 3-х или 4-х проводной схеме (чем больше проводов — тем меньше влияние помех).
    От 3 до 6 датчиков PT100 могут устанавливаться в обмотку статора.
    Для измерения температуры подшипников могут быть использованы ещё 2 датчика PT100.
  • KTY — кремниевые термодатчики с положительным коэффициентом сопротивления, характеризуются высокой линейностью характеристики, высоким быстродействием, надёжной твёрдотельной конструкцией и небольшой стоимостью.

Сервис-фактор

Двигатель с сервис-фактором 1.1 может постоянно работать с перегрузкой 10% от номинального выходного момента.

Класс по моменту (Torque class)

Класс по моменту показывает кратность пускового момента (при прямом пуске от сети) при пониженном на 5% напряжении:

  • Класс 16 — 160%
  • Класс 13 — 130%
  • Класс 10 — 100%
  • Класс 7 — 70%
  • Класс 5 — 50%

Коэффициент мощности cos φ

Коэффициент мощности (cos φ) равен отношению потребляемой двигателем активной мощности к полной мощности.
Активная мощность расходуется на совершение полезной работы.
Полная мощность равна геометрической сумме активной и реактивной мощности.
Реактивная мощность расходуется на намагничивание двигателя.

Антиконденсационный нагрев

Для того, чтобы перед пуском двигателя в сыром помещении просушить обмотки есть два способа:

  • Использовать двигатель со специальным встроенным нагревателем
  • Подать на одну обмотку статора напряжение от 4 до 10% номинального (чтобы пропустить ток от 20 до 30% от номинального), что достаточно для испарения конденсата (применимо не для всех двигателей). Некоторые преобразователи частоты умеют это делать.

Охлаждение

  • Поверхностное охлаждение (Non-ventilated: вентилятора нет)
  • Самовентиляция (Self-ventilated: вентилятор на валу двигателя)
  • Принудительное охлаждение (Forced cooling: независимый вентилятор или жидкостное охлаждение водой или маслом)

Для турбомеханизмов (вентиляторы и насосы, для которых момент на валу пропорционален квадрату скорости), как правило, достаточно самовентиляции.
Двигатели, которые работают от преобразователей частоты с постоянным моментом длительное время на низких скоростях, необходимо или переразмеривать, или обеспечить принудительным охлаждением.

Вентилятор

  • Пластиковый
  • Металлический
  • Металлический с увеличенным моментом инерции

Требования к двигателю при работе от преобразователя частоты

  • Температурный класс изоляции не ниже F
  • Возможно принудительная вентиляция (см. выше)
  • Изолированный подшипник с нерабочей стороны вала (рекомендуется для типоразмеров 225 и выше)

Подшипники

При работе от преобразователя частоты на частотах выше 50 Гц срок службы подшипников уменьшается.

У одних двигателей с рабочей стороны вала установлен плавающий подшипник (Floating bearing), а с нерабочей стороны подшипник зафиксирован (Located bearing). У других — наоборот (для сочленения с редуктором, например).

В стандартном исполнении подшипники подпружинены в аксиальном направлении (вдоль вала) для обеспечения равномерной работы двигателя. У двигателей с радиально-упорными подшипниками такой пружины нет, поэтому радиальное усилие (перпендикулярно валу — от ремня, например) должно быть приложено постоянно, иначе подшипник быстро выйдет из строя.

Смазка

Как правило, для двигателей с типоразмерами до 250, работающих в номинальном режиме, смазка рассчитана на весь срок службы подшипников.
Для пополнения смазки у двигателя должен быть предусмотрен специальный ниппель.

Вал двигателя

У двигателя может быть выведен второй конец вала двигателя, который может передавать как номинальный, так и меньший момент.
Второй конец вала несовместим с такими опциями как: датчик скорости и вентилятор принудительного охлаждения, а, возможно, и с тормозом.

Тормоз

При выборе тормоза необходимо учесть:

  • Тип:
    • статический (удерживающий тормоз срабатывает только при неподвижном вале)
    • динамический (можно регулировать момент торможения, меньше изнашивается в случае аварийного торможения)

    Датчик скорости

    Датчик скорости может находится герметично внутри корпуса (Incapsulated) или снаружи под защитной крышкой.

    Регулирование скорости электроприводов.

    Для обеспечения рационального хода технологических процессов обеспечили наиболее эффективное использование производственных механизмов и оптимизировали режимы их работы, уменьшили потребление электрической энергии, применением регулирования скорости движения механизмов.

    Для регулирования скорости движения рабочего органа существуют две возможности:

    Изменение угловой скорости двигателя.

    Изменение передаточного числа механических передач, установленных между двигателем и механизмом.

    При регулировании скорости механическим способом отсутствует плавность регулирования, да и техническая реализация регулирования относительно сложна и не надежна. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев регулирование скорости рабочего органа производится путем изменения скорости электродвигателей, работающих в регулируемом электроприводе.

    Под регулированием скорости электродвигателя понимаем – целенаправленное ее изменение независимо от момента на валу двигателя в соответствии с требованиями, которые предъявляются к закону движения рабочего органа механизма. Иными словами это принудительное управление системой скорости, исходя их требований технологического процесса при подаче управляющего сигнала на вход системы.

    Под регулируемым электроприводом понимаем – электропривод, обеспечивающий плавное с необходимой точностью регулирование координат скорости и момента в заданном диапазоне.

    В естественной схеме включения двигатель не может обеспечить регулирования параметров движения. Поэтому для создания регулируемого электропривода необходим преобразователь электрической энергии. Регулируемые параметры преобразования энергии (напряжение, частота, форма тока, напряжения) удается получить для привода с заданными статическими и динамическими характеристиками. Применение регулируемого электропривода в составе технологических машин и агрегатах связано с одним из следующих обстоятельств:

    Необходимо оперативное управление ходом технологического процесса (электроприводов кранов, прокатных станов).

    Необходимо установить и точно выдерживать технологический режим (непрерывные прокатные станы, бумагоделательные машины).

    Необходимость корректировки технологического процесса (питатели, дозаторы).

    Автоматическое управление режимом обработки материала (станки с ЧПУ).

    Необходимо оптимизировать технологический процесс по затратам электрической энергии (электропривода насосов, компрессоров, вентиляторов).

    Способы изменения углов скорости двигателя следуют из анализа механических характеристик двигателя:

    — двигатель постоянного тока;

    — двигатель переменного тока.

    .

    Анализ этих формул показывает, что угловая скорость двигателя может изменяться, как изменением параметров силовой электрической цепи привода, числом пар полюсов цепи статора и т.д. и изменением магнитного потока, а также изменением параметров источника питания.

    Регулирование скорости также возможно изменением момента сопротивления. Этот способ не применим, так как изменение момента вызывает отклонение регулируемой величины от заданного значения. Способы регулирования скорости электропривода связаные с изменением параметров электрических цепей двигателя называют параметрическим. Также различают непрерывный способ регулирования и импульсный способ регулирования. Под непрерывным способом регулирования понимают регулирование, когда регулируемые параметры или значения напряжения и частоты остаются постоянными для данного значения скорости. При импульсном регулировании регулируемые параметры цепи или источника питания периодически изменяются, отклоняясь от заданного значения.

    Свойства регулирования электропривода оцениваются следующими показателями:

    Диапазон регулирования скорости, под которым понимают отношение максимальной скорости к минимальной при заданном пределе изменения момента .

    Увеличение верхнего предела скорости ограниченно механической прочностью ротора или якоря двигателя, а для двигателя постоянного тока кроме этого верхний предел ограничивает коммутационную способность коллектора.

    Нижний предел угловой скорости ограничивается необходимой точностью поддержания заданной скорости при возможности изменения момента статической нагрузки на валу двигателя.

    Диапазон регулирования определяется отношением максимальной скорости к минимальной, которая определяется по среднему значению из заданного максимального и минимального его значений, т.е.

    .

    ;;;;.

    Вторым важным показателем регулирования скорости является точность регулирования.

    Абсолютная статическая ошибка регулирования электропривода будет определятся как падение скорости

    .

    Абсолютная ошибка одинакова для всех механических характеристик, т.е. постоянна во всем диапазоне регулирования. Относительная величина ошибки переменная, различна для всех механических характеристик. Она находится как отношение абсолютной ошибки к заданной скорости

    .

    Нижний предел скорости wmin может ограничиваться заданной требуемой точностью и условие выполнения заданной точности:

    ;.

    Плавность регулирования, которая характеризуется разностью двух последовательных значений скорости, которые представляют из себя ступени регулирования и, чем меньше эта разность, тем плавнее осуществляется регулирование скорости. Часто плавность характеризуется коэффициентом плавности регулирования, под которым понимают отношения двух степеней скоростей

    .

    Наиболее плавное регулирование имеет место при коэффициенте плавности стремящимуся к единице w1. Такой результат возможен при регулировании скорости изменением напряжения и изменением частоты асинхронного двигателя.

    При параметрическом регулировании плавности изменения скорости зависит от мощности двигателя, так как изменение параметров в силовой цепи связано с коммутационной аппаратурой и, для этих приводов большой и средней мощности, ее число должно быть ограничено.

    Экономичность регулирования, которая будет тем выше чем меньше, первоначальные затраты необходимые для установки оборудования и эксплуатационные затраты. Эксплуатационные затраты оцениваются косвенным способом по величинам КПД и коэффициенту мощности.

    Направление, в котором регулируется скорость, т.е. увеличение или уменьшение ее по отношению к номинальной скорости напрямую зависит от способа регулирования. При реостатном регулировании у двигателей постоянного тока или асинхронного двигателя с фазным ротором, регулирование осуществляется вниз от основной.

    Допустимая нагрузка двигателя определяется нагревом обмоток двигателя. Условием полного использования электродвигателя является равенство тока двигателя номинальному. При различных характеристиках зависимости момента сопротивления и мощности механизмов от скорости, необходимо применение таких методов регулирования, при которых эквивалентный момент двигателя по нагреву при изменении скорости будет меняться по такому же закону, как и статический момент. Например, двигатель постоянного тока, если статический момент во всем диапазоне рабочей скорости постоянен, то надо применить метод регулирования вниз от номинальной скорости – это реостатный способ регулирования.

    Если регулирование идет при постоянной мощности механизма, то регулирование идет вверх от номинальной скорости – изменением током возбуждения двигателя.

    Для определения допустимой мощности следует найти его величину соответствующую номинальному току главной цепи.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector