Замена двигателей постоянного тока на асинхронные двигатели переменного тока
Промышленные двигатели постоянного тока начали выпускаться в 1860—1870 гг., чему предшествовал 30-летний период их разработки после фундаментальных открытий М. Фарадея (закона электромагнитной индукции и превращения электрической энергии в механическую).
Двигатели постоянного тока широко применяются и в наше время благодаря использованию современных тиристорных преобразователей, которые позволяют осуществлять регулирование скорости данных 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
Все эти недостатки требуют существенных затрат при покупке машин постоянного тока и их дальнейшей эксплуатации, а так же они могут значительно снизить надежность и точность систем в целом. Необходимо планировать дополнительные планово-предупредительные работы и останавливать производство для обслуживания щеточно-коллекторных узлов и 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 приводимых 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, с помощью которых стало возможным полноценно управлять скоростью асинхронных двигателей в широком диапазоне регулирования (1:1000). Теперь частота вращения АД не зависит от частоты питающей сети, двигатели можно разгонять выше их номинальной скорости. Так же 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, классически используемые с машинами постоянного тока.
Асинхронный двигатель – простая, недорогая, не требующая обслуживания машина. Именно эти аргументы привели к тому, что на многих предприятиях машины постоянного тока с тиристорными преобразователями стали заменять на асинхронные двигатели с системами управления, построенными на преобразователях частоты.
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.
На рисунке 1 и 2 представлены механические характеристики асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока соответственно. Как видно, на малых скоростях асинхронный двигатель имеет момент значительно меньше номинального в отличие от двигателя постоянного тока. Поэтому 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 большей мощности.
Рис.1 Механическая характеристика асинхронного двигателя
Рис.2 Механическая характеристика двигателя постоянного тока
3. По режиму работы
Нагрев электрической машины зависит от режима ее работы, т.е. от соотношения длительности периодов работы 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 ее частей до практически установившейся температуры. Режим характеризуется неизменными потерями в течение всего времени работы машины.
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-кратковременный режим (S3-S8) - отличается от кратковременного регламентированными 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”.
По всем вопросам, касательно данного применения обращайтесь в ООО "Драйвика" по тел. 8 (812) 635 90 30 или Email: [email protected]
www.driveka.ru
1. Замена электроприводов постоянного тока на асинхронный двигатель и частотный преобразователь.
Данная работа подразумевает замену как главного электропривода, так и вспомогательных приводов дукторов краски и увлажнения. На всех современных машинах (за исключением старых разработок, до сих пор имеющих спрос и предлагаемых к продаже) в качестве главного привода используется асинхронный двигатель и преобразователь частоты. Это обусловлено высокой надежностью и низкой стоимостью асинхронного двигателя по сравнению с двигателем постоянного тока. Что касается частотного преобразователя, то сравнивать его стоимость с аналоговым приводом постоянного тока, использовавшимся несколько лет назад, не совсем корректно. Такие приводы, ввиду их низкой надежности и нестабильности параметров, ведущими мировыми производителями выпускаются только в качестве запчастей. Стоимость современного цифрового привода постоянного тока зачастую превышает стоимость частотного преобразователя, т.к. спрос на них значительно ниже, а дальнейшее совершенствование и развитие данного типа привода не входит в круг интересов производителей, т.к. не предполагает отдачи от таких разработок.
Различные встроенные функции частотного преобразователя, как, например, самонастройка на используемый двигатель, постоянный контроль тока, напряжения, температуры двигателя и преобразователя и полная самодиагностика делают его применение высокоэффективным и надежным.
Первым в истории электроприводом был привод с двигателем переменного тока без регулирования скорости. Для изменения скорости приводимых 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 появлением и развитием полупроводниковой электроники в качестве электропривода стали применяться двигатели постоянного тока с регулированием скорости вращения путем изменения напряжения на якоре или обмотке возбуждения. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей за счет изменения частоты питающей сети, как единственно возможный способ регулирования, было достаточно сложным, громоздким и дорогостоящим удовольствием.
Дальнейшие достижения в области электроники, особенно с появлением цифровой и микропроцессорной техники, позволили компенсировать этот недостаток путем использования современных средств управления. Развитие технологий и появление на рынке мощных и недорогих полупроводниковых импульсных ключей и IGBT транзисторов привело к появлению современных частотных преобразователей, позволяющих легко управлять скоростью вращения асинхронного двигателя и отслеживать его состояние путем измерения векторов тока, напряжения или с применением замкнутых систем регулирования.
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 (в зависимости от диапазона регулирования). Последние достижения в области силовой электроники и микропроцессорной технике позволили значительно уменьшить стоимость комплектующих изделий частотного преобразователя при возросшей надежности этих изделий.
В качестве частотного преобразователя нами используются изделия иностранных фирм. Анализ аналогичных изделий отечественного производства показывает, что все приводы изготавливаются с применением импортных 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. Так вышеназванные 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.
Сравнивая стоимость комплектного привода (преобразователь + двигатель) можно заключить, что в настоящее время до мощности 5…7 кВт стоимость частотного привода дешевле по сравнению с аналоговым приводом постоянного тока. В случае применения современного цифрового привода постоянного тока стоимость частотных приводов меньше во всем диапазоне мощностей.
Недостатком аналогового привода постоянного тока является низкая помехоустойчивость, сложность в настройке и нестабильность параметров. В качестве датчика обратной связи по скорости применяется тахогенератор, имеющий те же недостатки, что и коллекторный двигатель. Для реверсивных приводов после тахогенератора приходится устанавливать диодный мост, что ограничивает диапазон регулирования на малых скоростях из-за пропадания обратной связи. В случае спарки механизмов с различными приводами в режиме «ведущий – ведомый» частотный преобразователь намного предпочтительней, т.к. в качестве датчика скорости применяются цифровые датчики типа энкодера, резольвера или sin/cos преобразователи, что позволяет строить системы с виртуальными валами. Наличие дополнительных устройств (опций) частотных преобразователей позволяют наращивать функции последних: увеличивать число входов выходов, использовать современные шины и протоколы обмена, применять привод в устройствах позиционирования, следить за температурным режимом двигателя и привода, использовать привод в режиме виртуального кулака (переменная скорость вращения за один оборот вала) и многое другое.
Современные микроконтроллеры, обслуживающие частотные преобразователи, 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 сервоприводам.
Меньшая масса ротора асинхронного двигателя по сравнению с якорем двигателя постоянного тока позволяет повысить динамику привода в следящих и быстродействующих системах.
В целях сокращения простоев машины у клиента в типографии, производя замену главного электропривода, мы заранее размещаем и монтируем частотный преобразователь и остальное сопутствующее ему электрооборудование в небольшом отдельном электрическом шкафе. При монтаже нового оборудования необходимо подключить только двигатель, цепи управления и питания, при этом время, необходимое на перемонтаж, не превышает одной смены.
Автор: Чубов А.В.
pechatnick.com
В настоящее время, предприятия различных сфер промышленности эксплуатируют большое количество двигателей постоянного тока, которые были выпущены 25 и более лет назад. Эти двигатели давно выработали свой ресурс и, зачастую, неоднократно подвергались капитальному ремонту магнитной, электрической и механической систем. Такие ремонты позволяют частично восстановить работоспособность электродвигателя в недолгосрочной временной перспективе.
Зачастую, стоимость капитального ремонта сопоставима со стоимостью нового электродвигателя АДЧР в требуемой комплектации, а стоимость нового ДПТ равна, а иногда и больше стоимости КЭП, требуемого для замены ДПТ.
Основной проблемой при замене ДПТ является несоответствие установочно-присоединительных размеров различных серий двигателей. Производственные мощности ООО «СОПТЕХ», профессионализм сотрудников и многолетний опыт изготовления, ремонта и модернизации электродвигателей различных серий позволяют изготавливать электродвигатели АДЧР с нестандартными присоединительными размерами щитов (квадратные фланцы, фланцы больших или меньших диаметров), нестандартными диаметрами и формами валов (шлицевой, конический, шестеренчатый и др.), второй конец вала в любых исполнениях, расположение клеммной коробки (сверху, сзади, сбоку), степень защиты (IP55, 65, 67), климатические исполнения У2, У1, УХЛ1,2, Т2,3 и др.
Специалистами ООО «СОПТЕХ» накоплен многолетний опыт замены двигателей постоянного тока различных серий (Д808, ДТП, П, 2П, ПФ, ДКУ, ДК, ДПМ, ПБС, ПБСТ и других) на комплектный электропривод КЭП на базе асинхронного электродвигателя АДЧР.
Для подбора замены ДПТ необходимы следующие данные (если есть возможность их найти):
По вопросам замены двигателя постоянного тока (ДПТ) обращайтесь в отдел продаж ООО «СОПТЕХ» по телефону +7 499 372 1945 или e-mail: [email protected]
По техническим вопросам по e-mail: [email protected]
www.sopteh.ru
В домашнем хозяйстве редко встретишь мотор, работающий на постоянном токе. Зато они всегда устанавливаются в детских игрушках, которые летают, ездят, шагают и т.д. Всегда они стоят в автомобилях: в различных приводах и вентиляторах. В электротранспорте чаще всего используют тоже их.
Другими словами, применяются двигатели постоянного тока там, где требуется достаточно широкий диапазон регулирования скорости и точность ее поддержания.
Электрическая мощность в моторе преобразуется в механическую, заставляющую его вращаться, а часть этой мощности расходуется на нагревание проводника. Конструкция двигателя электрического постоянного тока включает якорь и индуктор, которые разделяют воздушные зазоры. Индуктор, состоящий из добавочных и главных полюсов, и станины, предназначен для создания магнитного поля. Якорь, собранный из отдельных листов, обмотка рабочая и коллектор, благодаря которому постоянный ток подводится к рабочей обмотке, образуют магнитную систему. Коллектор – это насаженный на вал двигателя цилиндр, собранный из изолированных друг от друга медных пластин. К его выступам припаиваются концы обмотки якоря. Ток с коллектора снимается при помощи щеток, закрепленных в определенном положении в щеткодержателях, благодаря чему обеспечивается нужный прижим на поверхность коллектора. Щетки с корпусом двигателя соединяются с помощью траверса.
Щетки, в процессе работы, скользят по поверхности вращающегося коллектора, переходя от одной его пластины к другой. При этом, в параллельных секциях обмотки якоря происходит изменение тока (когда щетка накоротко замыкает виток). Процесс этот называют коммутацией.
Под влиянием своего магнитного поля, в замкнутой секции обмотки возникает ЭДС самоиндукции, вызывающая появление дополнительного тока, который на поверхности щеток распределяет неравномерно ток, что приводит к искрению.
Частота вращения – одна из важнейших его характеристик. Ее регулировать можно тремя способами: изменяя поток возбуждения, изменяя величину подводимого напряжения к двигателю, изменяя сопротивление в якорной цепи.
Два первых способа встречаются намного чаще третьего, ввиду его неэкономичности. Ток возбуждения регулируется при помощи любого устройства, у которого возможно изменять активное сопротивление (например, реостата). Регулирование при помощи изменения напряжения требует наличие источника постоянного тока: преобразователя или генератора. Такое регулирование применяют во всех промышленных электроприводах.
Для торможения электроприводов с ДПТ также есть три варианта: торможение противовключением, динамическое и рекуперативное. Первое происходит за счет изменения полярности тока в обмотке якоря и напряжения. Второе происходит благодаря замыканию накоротко (через резистор) обмотки якоря. Электрический двигатель при этом работает как генератор, преобразуя в электрическую, запасенную им механическую энергию, которая выделяется в виде тепла. Это торможение сопровождается мгновенной остановкой двигателя.
Последнее происходит, если электрический мотор, включенный в сеть, вращается со скоростью, которая выше скорости холостого хода. ЭДС обмотки двигателя в этом случае, превышает значение напряжении я в сети, что приводит к изменению на противоположное направление тока в обмотке мотора, т.е. двигатель отдает в сеть энергию, переходя в режим генератора. Одновременно возникает тормозной момент на валу.
Сравнивая их с асинхронными моторами, нужно отметить отличные пусковые качества, высокую (до 3000 об/мин) частоту вращения, а также хорошую регулировку. Из недостатков отметить можно? Сложность конструкции, низкую надежность, высокую стоимость и затраты на ремонт и обслуживание.
ДПТ, как и любой современный мотор, работает на основе «Правила левой руки», с которым все знакомы еще со школы и закона Фарадея. При подключении тока к нижней обмотке якоря в одном направлении, а к обмотке верхней – в другом, якорь начинает вращаться, а уложенные в его пазах проводники – выталкиваться магнитным полем статора или обмоток корпуса двигателя постоянного тока. Вправо выталкивается нижняя часть, а влево – верхняя. В результате якорь вращается до тех пор, пока его части не поменяются местами. Чтобы добиться непрерывного вращения, необходимо полярность обмотки якоря регулярно менять местами. Как раз этим и занимается коллектор, коммутирующий при вращении обмотки якоря. На коллектор от источника подается напряжение через пару прижимных щеток из графита.
Двигатель переменного тока подключается просто, в отличие от ДПТ. Обычно у таких двигателей высокой и средней мощности имеются отдельные выводы в клеммной коробке (от обмотки и якоря). На якорь обычно подается полное напряжение, а на обмотку - ток, регулировать который можно реостатом или напряжением переменным. От величины тока, имеющегося на обмотке возбуждения, прямопропорционально зависят обороты двигателя переменного тока.
В зависимости от того, какая используется схема подключения электродвигателя постоянного тока, двигатель электрический может быть постоянного тока, разделяют на самовозбуждающиеся и с независимым возбуждением (от отдельного источника).
Она аналогична предыдущей, но не имеет отдельного источника питания.
Когда требуется большой пусковой ток, применяют двигатели с возбуждением последовательным: в городском электротранспорте (троллейбусах, трамваях, электровозах).
Токи обоих обмоток в этом случае одинаковы. Недостаток – требуется постоянная нагрузка на вал, поскольку при ее уменьшении на 25%, резко увеличивается частота вращения и происходит отказ двигателя.
Есть еще моторы, которые крайне редко используются - со смешанным возбуждением. Их схема представлена ниже.
Под понятием «возбуждение» понимают создание в электрических машинах магнитного поля, которое необходимо, чтобы заработал двигатель. Схем возбуждения несколько:
Но, двигатель со щетками, которые быстро изнашиваются и приводят к искрению, не может использоваться там, где необходима высокая надежность, поэтому среди электротранспорта (электровелосипедов, скутеров, мотоциклов и электромобилей) наибольшее применение нашли бесщеточные электродвигатели. Они отличаются высоким КПД, невысокой стоимостью, хорошей удельной емкостью, длительным сроком службы, малыми размерами, бесшумной работой.
Работа этого двигателя основывается на взаимодействии магнитных полей электромагнита и постоянного. Когда за окном 21 век, а вокруг полно мощных и недорогих проводников, логично заменить механический инвертор цифровым, добавить датчик положения ротора, решающий в какой момент на конкретную катушку необходимо подать напряжение, и получить бесщеточный электродвигатель постоянного тока. В качестве датчика чаще используется датчик Холла.
Поскольку в этом двигателе удалены щетки, он не нуждается в регулярном обслуживании. Управляется двигатель постоянного тока при помощи блока управления, позволяющего изменять частоту вращения вала мотора, стабилизировать на определенном уровне обороты (независимо от имеющейся на валу нагрузки).
Состоит блок управления из нескольких узлов:
Многие компании с мировыми именами выпускают сегодня электродвигатель постоянного тока 220 В. Купить его можно в интернет - магазинах, менеджеры которых предоставят исчерпывающую онлайн информацию, касающуюся выбранной модели. Большой выбор моделей таких двигателей на сайте http://ru.aliexpress.com/w/wholesale-brushless-dc-motor.html, в каталоге которого можно ознакомиться со стоимостью моделей, их описанием и пр. Если даже в каталоге нет интересующего двигателя, можно заказать его доставку.
Интересные материалы:
Фотосовет: Ремонт зеркала бокового с электроприводом своими руками Тяговый электродвигатель для электромобиля: как электрокары на нем работаютmotocarrello.ru
Электрические двигатели, приводящиеся в движение путем воздействия постоянного тока, применяются значительно реже, по сравнению с двигателями, работающими от переменного тока. В бытовых условиях электродвигатели постоянного тока используются в детских игрушках, с питанием от обычных батареек с постоянным током. На производстве электродвигатели постоянного тока приводят в действие различные агрегаты и оборудование. Питание для них подводится от мощных батарей аккумуляторов.
Электродвигатели постоянного тока по конструкции подобны синхронным двигателям переменного тока, с разницей в типе тока. В простых демонстрационных моделях двигателя применяли один магнит и рамку с проходящим по ней током. Такое устройство рассматривалось в качестве простого примера. Современные двигатели являются совершенными сложными устройствами, способными развивать большую мощность.
Главной обмоткой двигателя служит якорь, на который подается питание через коллектор и щеточный механизм. Он совершает вращательное движение в магнитном поле, образованном полюсами статора (корпуса двигателя). Якорь изготавливается из нескольких обмоток, уложенных в его пазах, и закрепленных там специальным эпоксидным составом.
Статор может состоять из обмоток возбуждения или из постоянных магнитов. В маломощных двигателях используют постоянные магниты, а в двигателях с повышенной мощностью статор снабжен обмотками возбуждения. Статор с торцов закрыт крышками со встроенными в них подшипниками, служащими для вращения вала якоря. На одном конце этого вала закреплен охлаждающий вентилятор, который создает напор воздуха и прогоняет его по внутренней части двигателя во время работы.
Принцип действия такого двигателя основывается на законе Ампера. При размещении проволочной рамки в магнитном поле, она будет вращаться. Проходящий по ней ток создает вокруг себя магнитное поле, взаимодействующее с внешним магнитным полем, что приводит к вращению рамки. В современной конструкции мотора роль рамки играет якорь с обмотками. На них подается ток, в результате вокруг якоря создается магнитное поле, которое приводит его во вращательное движение.
Выводы обмоток якоря объединены в один узел, называемый коллектором, выполненным в виде кольца из ламелей, закрепленных на валу якоря. При вращении вала щетки по очереди подают питание на обмотки якоря через ламели коллектора. В результате вал двигателя вращается с равномерной скоростью. Чем больше обмоток имеет якорь, тем равномернее будет работать двигатель.
Щеточный узел является наиболее уязвимым механизмом в конструкции двигателя. Во время работы медно-графитовые щетки притираются к коллектору, повторяя его форму, и с постоянным усилием прижимаются к нему. В процессе эксплуатации щетки изнашиваются, а токопроводящая пыль, являющаяся продуктом этого износа, оседает на деталях двигателя. Эту пыль необходимо периодически удалять. Обычно удаление пыли выполняют воздухом под большим давлением.
Щетки требуют периодического их перемещения в пазах и продувки воздухом, так как от накопившейся пыли они могут застрять в направляющих пазах. Это приведет к зависанию щеток над коллектором и нарушению работы двигателя. Щетки периодически требуют замены из-за их износа. В месте контакта коллектора со щетками также происходит износ коллектора. Поэтому при износе якорь снимают и на токарном станке протачивают коллектор. После проточки коллектора изоляция, находящаяся между ламелями коллектора стачивается на небольшую глубину, чтобы она не разрушала щетки, так как ее прочность значительно превышает прочность щеток.
При таком характере возбуждения обмотка подключается к внешнему источнику питания. При этом параметры двигателя аналогичны двигателю на постоянных магнитах. Обороты вращения настраиваются сопротивлением обмоток якоря. Скорость регулируют специальным регулировочным реостатом, включенным в цепь обмоток возбуждения. При значительном снижении сопротивления или при обрыве цепи ток якоря повышается до опасных величин.
Электродвигатели с независимым возбуждением запрещается запускать без нагрузки или с небольшой нагрузкой, так как его скорость резко возрастет, и двигатель выйдет из строя.
Обмотки возбуждения и ротора соединяются параллельно с одним источником тока. При такой схеме ток обмотки возбуждения значительно ниже тока ротора. Параметры двигателей становятся слишком жесткими, их можно применять для привода вентиляторов и станков.
Регулировка оборотов двигателя обеспечивается реостатом в последовательной цепи с обмотками возбуждения или в цепи ротора.
В этом случае возбуждающая обмотка подключается последовательно с якорем, в результате чего по этим обмоткам проходит одинаковый ток. Обороты вращения такого мотора зависят от его нагрузки. Двигатель нельзя запускать на холостом ходу без нагрузки. Однако такой двигатель обладает приличными пусковыми параметрами, поэтому подобная схема используется в работе тяжелого электротранспорта.
Такая схема предусматривает применение двух обмоток возбуждения, находящихся парами на каждом полюсе двигателя. Эти обмотки можно соединять двумя способами: с суммированием потоков, либо с их вычитанием. В итоге электродвигатель может обладать такими же характеристиками, как у двигателей с параллельным или последовательным возбуждением.
Чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, на одной из обмоток изменяют полярность. Для управления скоростью вращения мотора и его запуском используют ступенчатое переключение разных резисторов.
Электродвигатели постоянного тока отличаются экологичностью и надежностью. Их главным отличием от двигателей переменного тока является возможность регулировки оборотов вращения в большом диапазоне.
Такие электродвигатели можно также применять в качестве генератора. Изменив направление тока в обмотке возбуждения или в якоре, можно изменять направление вращения двигателя. Регулировка оборотов вала двигателя осуществляется с помощью переменного резистора. В двигателях с последовательной схемой возбуждения это сопротивление расположено в цепи якоря и позволяет уменьшить скорость вращения в 2-3 раза.
Этот вариант подходит для механизмов с длительным временем простоя, так как при работе реостат сильно нагревается. Повышение оборотов создается путем включения в цепь возбуждающей обмотки реостата.
Для моторов с параллельной схемой возбуждения в цепи якоря также применяются реостаты для уменьшения оборотов в два раза. Если в цепь обмотки возбуждения подключить сопротивление, то это позволит повышать обороты до 4 раз.
Применение реостата связано с выделением тепла. Поэтому в современных конструкциях двигателей реостаты заменяют электронными элементами, управляющими скоростью без сильного нагревания.
На коэффициент полезного действия мотора, работающего на постоянном токе, влияет его мощность. Слабые модели электродвигателей обладают малой эффективностью, и их КПД около 40%, в то время, как электродвигатели мощностью 1 МВт могут обладать коэффициентом полезного действия до 96%.
Преимущества электродвигателей постоянного тока
electrosam.ru
Замена привода постоянного тока.
Замена устаревших аналоговых моделей преобразователей постоянного тока на современные цифровые устройства позволяет повысить надежность электропривода, интегрировать привод в современную АСУ предприятия посредством унифицированных сигналов и коммуникационных протоколов, повысить качество регулирования скорости или момента двигателя. При этом регулирование скорости может быть двухзонным, так как цифровые преобразователи управляют не только напряжением обмотки якоря, но и напряжением обмотки возбуждения. Также следует отметить простоту настройки и эксплуатации таких преобразователей — все параметры двигателя и требуемые характеристики его работы задаются в реальных величинах посредством кнопочных панелей и цифрового дисплея, на который так же можно вывести текущие значения скорости, тока, напряжения и т.д.
Компания «Привод автоматика» производит все этапы модернизации оборудования: от составления проекта до наладки привода.
Модернизация привода постоянного тока.
Модернизация заключается в замене дорогостоящих двигателей постоянного тока на доступные и распространенные асинхронные двигатели частотного регулирования, работающие под управлением частотных преобразователей. Опытная эксплуатация показала полное соответствие двигателей АДЧР, оборудованного частотным преобразователем требованиям, предъявляемым к регулируемому приводу подачи станка.
Модернизация привода проводится с учетом следующих требований:
Использование в станочном оборудовании асинхронных двигателей управляемых частотными преобразователями в качестве регулируемого привода имеет ряд важных преимуществ:
Так же возможна установка сервоприводов.
Сервопривод представляет собой специализированный преобразователь частоты с широкой полосой пропускания контуров скорости и тока в паре с машиной переменного тока со специальным магнетиком, обладающим высокой плотностью магнитного потока на валу ротора, создающим постоянное магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся полем статора. Преобразователь получает информацию о положении и скорости ротора двигателя через датчик обратной связи (энкодер, резольвер), за счет чего обладает высоким быстродействием и широким диапазоном регулирования.
Замена нерегулируемого электропривода с асинхронным двигателем.
В настоящее время большинство электроприводов составляют нерегулируемые привода с асинхронными двигателями. Их применяют в водоснабжении и теплоснабжении, вентиляционных системах и кондиционирования воздуха, компрессорных установках.
В таких установках плавная регулировка скорости вращения позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры. Это значительно упрощает механическую систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные расходы.
При подключении через частотный преобразователь пуск двигателя происходит плавно, без пусковых токов и ударов, что снижает нагрузку на двигатель и механизмы, увеличивает срок их эксплуатации.
Для совместной работы с преобразователями частоты рекомендуется так же заменять асинхронный двигатель. Компания “Привод-Автоматика” предлагает асинхронные двигатели собственного производства серии АДЧР различных модификаций предназначенных для работы в условиях частотного регулирования.
Применение регулируемого электропривода позволяет получить экономию энергии до 75%.
Сбережение энергии происходит путем устранения непроизводительных затрат в заслонах, дросселях и других регулирующих устройствах. При замене нерегулируемого привода, работающего в режиме периодических включений, исключаются потери на пусковые токи и снижается требуемая мощность двигателя. Регулирование в системе водоснабжения в соответствии с графиком потребления воды позволяет получить значительную экономию, как электроэнергии, так и воды, уменьшить количество аварий из-за разрывов трубопроводов.
privodavtomatika.ru
Управление возбуждением двигателей постоянного тока
Управление двигателями постоянного тока
По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются аналогично генераторам на двигатели независимого (рис.1), параллельного (рис.2), последовательного (рис.3) и смешанного (рис.4) возбуждения. При параллельном, последовательном и смешанном возбуждении напряжение на обмотке возбуждения зависит от напряжения на обмотке якоря, при независимой системе возбуждения, обмотка возбуждения питается от дополнительного источника постоянного тока и не зависит от режима работы и нагрузки двигателя.
Рис.1 Схема независимого возбуждения
Рис.2 Схема параллельного возбуждения
Рис.3 Схема последовательного возбуждения
Рис.4 Схема смешанного возбуждения
Для регулирования скорости двигателей постоянного тока применяют различные способы. В общем случае скорость двигателя определяется выражением:
Как видно из выражения (1.1), регулировать скорость двигателя постоянного тока возможно двумя способами:
- Изменением питающего напряжения U
- Изменением магнитного потока машины Ф (изменением тока возбуждения)
Раньше регулирование питающего напряжения встречало трудности связанные с преобразованием напряжения постоянного тока, изменение скорости вращения двигателя осуществлялось с помощью включения в цепь якоря дополнительного регулировочного реостата. Основными недостатками этого метода являются потери в реостате, через который протекает ток полной нагрузки двигателя, неудобство управления.
Наиболее удобным, распространенным и экономичным способом регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока, является изменение магнитного потока машины (изменение тока возбуждения). Экономия связана с тем, что в данном случае управлять можно не большим током якоря, а малым током возбуждения, что уменьшает потери и удешевляет систему управления. Однако этот способ позволяет лишь увеличивать скорость вращения двигателя.
Согласно выражению (1.1), с уменьшением Ф скорость возрастает (рис.5). Двигатели рассчитываются для работы при номинальном режиме с наибольшим значением Ф, т. е. с наименьшей величиной n. При таком регулировании к. п. д. двигателя остается высоким, так как мощность возбуждения мала, и потери при регулировании минимальны. Максимальная скорость вращения в данном случае ограничивается механической прочностью машины и условиями ее коммутации.
Рис.5 Характеристики ДПТ при регулировании тока возбуждения
Современные способы регулирования скорости двигателей постоянного тока
Сегодня основным средством управления двигателями постоянного тока становятся современные тиристорные регуляторы (назовем их “приводы постоянного тока”), их производят множество фирм, специализирующихся на приводной технике (например, Control Techniques, Siemens, Sprint-Electric и т.д.). Современные приводы постоянного тока позволяют управлять не только скоростью вращения двигателя, но и его моментом (например, на линиях намотки). За счет различных интерфейсов обмена сигналами с автоматизированной системой управления, изменять параметры работы двигателя достаточно просто и удобно.
Приводы постоянного тока могут работать как в одном квадранте, так и во всех четырех, при этом изменяя не только ток обмотки якоря, но и ток обмотки возбуждения - многие приводы имеют встроенные “контроллеры поля”, что дает возможность регулировать скорость двигателя в самом широком диапазоне.
Следует отметить, что “ослабление” поля при задании скорости двигателя выше номинальной, привод производит автоматически, контроллер поля представляет собой тот же тиристорный регулятор. Встроенные контроллеры поля имеют приводы Mentor, Mentor MP (Control Techniques), PL, PLX (Sprint-Electric). Остальные модели приводов постоянного тока этих брендов для питания обмотки возбуждения двигателей имеют неуправляемые выпрямители.
Номинальный ток контроллеров возбуждения приводов постоянного тока имеют следующие значения: Sprint-Electric PL, PLX - 8A (для приводов с номинальным током якоря 12-123A), 16A (для приводов с номинальным током якоря 155-330A), 32A (для приводов с номинальным током якоря 430-630A).
Control Techniques Mentor - M25(R) - M210(R) - 8 А, остальные габариты с неуправляемым выпрямителем. Control Techniques Mentor MP - MP25Ax(R), MP45Ax(R), MP75Ax(R), MP105Ax(R), MP155Ax(R), MP210Ax(R) - 8А MP350Ax(R), MP420Ax(R), MP550Ax(R), MP700Ax(R), MP825Ax(R), MP900Ax(R) - 10A MP1200Ax(R), MP1850Ax(R) - 20А.
Для токов обмотки возбуждения имеющих значение свыше 8А, Control Techniques предлагает внешние контроллеры поля, которые связываются с приводом постоянного тока по цифровой шине - это контроллеры FXM-5 (до 90А) и FXMP-25 (до 25А).
На практике часто встречаются двигатели с низковольтными обмотками возбуждения с большими токами. В данном случае, для изменения тока можно применить приводы постоянного тока, при этом вместо обмотки якоря подключить обмотку возбуждения. Это может быть любой аналоговый или цифровой привод постоянного тока. При использовании в качестве регуляторов поля простых аналоговых преобразователей Sprint-Electric (модели 340, 680, 1220, 340i, 680i, 1220i, 370, 370E, 400E, 800E, 1200E, 400, 800, 1200, 400i, 1600i, 3200i, SL, SLE), производитель рекомендует настраивать их в режим управления моментом. Привод Mentor MP (Control Techniques) имеет для этого специальный режим.
По всем возникшим вопросам обращайтесь пишите нам на [email protected], тел.(812) 635-9030
www.driveka.ru
