Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Частота — вращение — синхронный двигатель

Частота вращения синхронных двигателей остается постоянной при изменении нагрузки, тогда как у асинхронных двигателей даже при их работе на естественной характеристике она несколько изменяется. [1]

Частота вращения синхронного двигателя регулируется только изменением частоты питающего напряжения. Обычно синхронные двигатели имеют сравнительно большую мощность и питаются от сетей промышленных предприятий совместно с другими потребителями. Поэтому регулирование частоты тока здесь невозможно. [2]

Частота вращения синхронного двигателя регулируется изменением частоты тока практически без потерь, если ie считать собственных потерь в обеих машинах. [3]

Частота вращения синхронного двигателя задается с помощью потенциометра, установленного на шкафу управления электропривода, дистанционно сельсинным командоаппаратом или с помощью сигнала постоянного тока. [4]

Частоту вращения синхронного двигателя практически можно регулировать только изменением частоты питающего напряжения. Обычно синхронные двигатели имеют сравнительно большую мощность и питаются от сетей промышленных предприятий совместно с другими потребителями. Поэтому регулировать частоту тока здесь практически невозможно. Исключение составляют маломощные синхронные двигатели автоматических устройств и случаи питания синхронного двигателя от автономного генератора с регулируемой частотой тока. При регулировании частоты вращения синхронного двигателя изменением частоты тока практически нет потерь, если не считать собственных потерь в обеих машинах. [5]

Регулирование частоты вращения синхронного двигателя возможно изменением частоты питающего напряжения. [7]

Снижение частоты вращения синхронного двигателя при выбеге идет по экспоненте. При выбеге группы синхронных двигателей без отключения возбуждения происходит групповой выбег, который можно представить как выбег одного эквивалентного двигателя. Выбег синхронного двигателя происходит взаимосвязанно, пока напряжение не снизится почти до нуля. [9]

Регулирование частоты вращения синхронного двигателя возможно практически только изменением частоты питающего напряжения. Обычно синхронные двигатели имеют сравнительно большую мощность и питаются от сетей промышленных предприятий совместно с другими потребителями. Поэтому регулирование частоты тока здесь практически невозможно. Исключение составляют маломощные синхронные двигатели автоматических устройств и случаи питания синхронного двигателя от автономного генератора с регулируемой частотой тока. Регулирование частоты вращения синхронного двигателя изменением частоты тока происходит практически без потерь, если не считать собственных потерь в обеих машинах. [10]

Регулирование частоты вращения синхронного двигателя возможно только изменением частоты питающего напряжения. Обычно синхронные двигатели имеют сравнительно большую мощность и питаются от сетей промышленных предприятий совместно с другими потребителями. Поэтому регулирование частоты тока здесь невозможно. [11]

Регулирование частоты вращения синхронного двигателя изменением частоты тока происходит практически без потерь, если не считать собственных потерь в обеих машинах. [12]

Для регулирования частоты вращения синхронного двигателя применяют систему преобразования частоты, содержащую преобразователь частоты, включающий в себя управляемый выпрямитель, сглаживающий реактор, инвентор, а также элементы защиты, управления и регулирования. Трехфазное напряжение питающей сети через выключатель и токоограничивающие дроссели подается на управляемый выпрямитель, собранный на тиристорах, где происходит преобразование переменного тока в постоянный. Выпрямленное напряжение через сглаживающий реактор подается на инвентор, собранный на тиристорах по схеме трехфазного моста, в диагонали которого включены статорные обмотки синхронного двигателя. Управляя открытием тиристоров этого моста в определенной последовательности, можно получить на его выходе переменное трехфазное напряжение любой заданной частоты и, следовательно, требуемую частоту вращения двигателя. [13]

Для плавного регулирования частоты вращения синхронных двигателей применяют полупроводниковые преобразователи. [14]

Пуск и регулирование частоты синхронных двигателей

Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока, электромагнитный момент будет дважды изменять свое направление. Ротор обладает инерцией и не может быть в течение одного полупериода разогнан до синхронной частоты вращения. Следовательно, для пуска синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.

Для пуска могут быть используются следующие способы:

1. Асинхронный пуск.

2. Пуск с помощью разгонного двигателя.

3. Частотный пуск.

При пуске с помощью разгонного двигателя обмотка статора отключена от сети, а на обмотку возбуждения подается напряжение постоянного тока. Специальный разгонный двигатель разворачивает ротор синхронного двигателя до частоты вращения близкой к синхронной. Затем обмотка статора включается в сеть, а разгонный двигатель выключают.

Асинхронный пуск аналогичен пуску асинхронного двигателя.Для этого синхронный двигатель снабжают специальной коротко-замкнутой пусковой обмоткой, выполненной по типу «беличья клетка» и уложенной в полюсных наконечниках ротора. Чтобы увеличить сопротивление стержней, клетку изготовляют из латуни. Обмотку возбуждения предварительно замыкают на гасящий резистор, сопротивление которого в 8—12 раз превышает активное сопротивление обмотки возбуждения с целью избежать перенапряжений.

При включении трехфазной обмотки статора в сеть образуется вращающееся магнитное поле статора, которое будет пересекать пусковую обмотку и наведет в ней ЭДС и ток. Вращающееся магнитное поле статора, взаимодействуя с полем пусковой обмотки, создает электромагнитные силы F и вращающий момент. Момент разгонит ротор до частоты вращения, близкой к синхронной (s

Возможна схема с постоянно подключенным к обмотке возбуждения возбудителем. В этом случае во время пуска пусковую обмотку можно считать замкнутой накоротко, так как сопротивление возбудителя весьма мало. С уменьшением скольжения до s =0,3-0,4 возбудитель возбуждают. В обмотку возбуждения подается постоянный ток, обеспечивающий при s

Читать еще:  Ваз 2114 поставили двигатель от приоры

При частотном пуске регулируемым преобразователем плавно повышают частоту от нуля до номинальной. Частота вращения поля статора также плавно изменяется от нуля до синхронной. Ротор, следуя за полем статора, также плавно разгоняется. Одновременно с изменением частоты необходимо регулирование питающего напряжения.

Частоту вращения синхронного двигателя можно регулировать изменением числа пар полюсов. При этом необходимо менять число пар полюсов как на статоре, так и на роторе, что приводит к значительному усложнению конструкции и удорожанию машины.

Поэтому на практике частоту вращения регулируют изменением частоты питающего напряжения. При неизменных значениях нагрузочного момента и тока якоря необходимо выдерживать условие

т. е. изменять напряжение U, подаваемое к электродвигателю от преобразователя частоты, пропорционально изменению частоты. При изменении нагрузки необходимо изменять поток возбуждения Фf и ток If. В чистом виде частотное регулирование применяется только при очень малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, а инерция приводного механизма мала. При больших мощностях такие условия имеются только в некоторых типах электроприводов, например в электроприводах вентиляторов.

Для синхронных двигателей, применяемых в электроприводах с большим моментом инерции приводного механизма, необходимо очень плавно изменять частоту питающего напряжения, чтобы двигатель не выпал из синхронизма. Для таких электроприводов применяется метод частотного регулирования с самосинхронизацией, при котором управление преобразователем частоты осуществляется от системы датчиков положения ротора. В результате напряжение подается на каждую фазу двигателя при углах нагрузки q 0 . При таком регулировании автоматически обеспечиваются условия устойчивой работы двигателя и его перегрузочная способность определяется только перегрузочной способностью преобразователя частоты.

Синхронные двигатели, регулируемые путем изменения частоты с самосинхронизацией, называют вентильными двигателями.

|следующая лекция ==>
Характеристики синхронных двигателей|Синхронный компенсатор

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного?

В асинхронном двигателе ротор движется «сам по себе». В нем изначально нет ни магнитного поля, на него не подается никакого электрического напряжения. Он даже не обязан быть сделанным из железа — магнитного металла. Ну а вот, поди ж ты, стоит подключить к двигателю трехфазное напряжение, и ротор закрутился. Безо всякого подталкивания. Но по-своему.

Два вида электродвигателей переменного тока

Асинхронные двигатели — наивная простота

Ротор то догоняет волну, то слегка отстает, потому что синхронно с ней бежать просто не может. Такое явление назвали «скольжением», догнав бегущее магнитное поле, ротор с беличьей клеткой теряет магнитную индукцию и дальше некоторое время просто скользит по инерции. А когда трение или нагрузка вынуждают его отстать от бегущего поля, он опять «почувствует» в себе изменения силовых линий обгоняющего его поля и снова обретет индукцию, а вместе с этим и силы двигаться.

То есть, ротор слегка проскальзывает: то догоняет бегущее равномерно по кругу магнитное поле, то «забывает, зачем бежал» и слегка приотстает, то снова «спохватывается» и опять стремится догнать. Постепенно эти отклонения стабилизируются — в зависимости от трения в подшипниках и величины нагрузки на вал — и асинхронный двигатель начинает работать просто со скоростью вращения, чуть меньшей частоты напряжения на статоре. Эта разница частот и называется частотой скольжения.

Двигатели синхронные: сложное в простом

Для того, чтобы ротор был связан с бегущей волной магнитного поля катушек статора жестким образом, придумали электродвигатель синхронный. А проблема решается просто. В роторе вместо изменяющегося магнитного поля от короткозамкнутых токов беличьей клетки нужно использовать постоянные магниты и их магнитное поле.

Вариантов два. Или это поле от постоянного магнита, закрепленного в роторе, или это поле от электромагнитов, установленных в роторе вместо такого магнита.

Обычный магнит, конечно, проще. Но тогда для стандартного функционирования таких электромоторов нужно, чтобы на них на всех — а используются тысячи электромоторов — магниты были строго одинаковы. Иначе параметры движения будут разными, а магниты еще имеют свойство размагничиваться.

Электромагнит, установленный в роторе двигателя, легче заставить вырабатывать поле нужного качества, но требуется электрический ток для его работы. Такой ток, который называется током возбуждения, в свою очередь нужно где-то брать и как-то на ротор подавать.

1 – ротор,
2 – коллектор возбуждения

Отсюда и происходит некоторое разнообразие конструкций синхронных двигателей. Но важнее всего то, что синхронные двигатели крутят свой вал строго синхронно частоте бегающего по кругу поля катушек статора, то есть скорость их вращения точно равна — или кратна (если обмоток статора больше трех) — частоте переменного тока в питающей сети.

Однако кроме всего прочего, синхронный двигатель обладает свойством полной обратимости. Потому что синхронный электродвигатель — это тот же самый генератор электрического тока, но работающий «в обратную сторону». В генераторе некоторая механическая сила вращает вал с ротором, и от этого в обмотках статора возникает наведенное электрическое напряжение от вращающегося магнитного поля ротора. А отличие синхронного двигателя от генератора в том, что напряжение в катушках статора порождает бегающее по кругу магнитное поле, которое, взаимодействуя с постоянным магнитным полем ротора, толкает его, чтобы ротор тоже вращался.

Читать еще:  Что является главным двигателем на земле

Только если в генераторе вращению ротора можно механически придать любую скорость, и от этого будет изменяться частота переменного тока, им генерируемого, то в синхронном двигателе такой роскоши нет. Синхронный двигатель вращается со скоростью изменения напряжения в сети, а оно у нас выдерживается строго в 50 герц.

Отличия и недостатки этих двигателей

Отличия синхронного и асинхронного двигателей ясны из их названий. Собственно, плюсы имеют и тот, и другой вариант конструкции. Ниже перечислены плюсы, которыми отличаются оба двигателя — синхронный и асинхронный.

Асинхронный двигатель отличается от синхронного следующими параметрами:

  • простота конструкции и невысокая стоимость;
  • нет скользящих контактов, надежность в эксплуатации;
  • напряжение прикладывается к неподвижным катушкам статора;
  • ротор очень прост по конструкции;
  • при запуске и разгоне постепенно наращивает мощность;
  • возможность реверсировать направление вращения, просто поменяв местами две питающих фазы;
  • при остановке движения (слишком большая механическая нагрузка на вал ротора) никакой аварии не происходит, может произойти перегрев беличьей клетки.

Отличия синхронного двигателя от асинхронного заключаются в следующем:

  • стабильная скорость вращения вне зависимости от нагрузки на вал;
  • невысокая чувствительность к перепадам напряжения в сети;
  • при уменьшении механической нагрузки способен по инерции работать как генератор, не забирая энергию, а отдавая ее в сеть;
  • высокий КПД;
  • способен компенсировать реактивную мощность сети.

Но у каждого имеются и присущие только ему недостатки.

Асинхронный имеет следующие отрицательные черты:

  • трудность регулировки частоты вращения;
  • невысокая частота вращения;
  • зависимость отставания частоты вращения от нагрузки на ось;
  • при работе ротор нагревается за счет короткозамкнутых токов — требуется дополнительное охлаждение.

Недостатки синхронного двигателя:

  • сложнее по конструкции;
  • в некоторых конструкциях для проводки тока возбуждения в обмотки ротора используется коллектор, как в двигателе постоянного тока;
  • труднее запускается.

Несмотря на различия, оба электрических двигателя нашли себе применение в технике и используются в самых разных исполнениях и размерах.

Методы синхронизации скорости вращения двух частотно-регулируемых приводов

В некоторых приложениях может возникнуть необходимость синхронизации скоростей вращения валов нескольких электродвигателей, механически не связанных между собой. Зачастую для решения данной задачи можно обойтись без использования ПЛК и специализированных блоков синхронизации — исключительно возможностями современных преобразователей частоты. Ниже предлагается несколько простых способов реализации задачи синхронизации скоростей вращения валов нескольких электродвигателей.

Синхронизация без использования датчиков обратной связи по скорости

Данный метод наиболее прост в реализации, не требует дополнительных устройств (интерфейсных плат, датчиков обратной связи и др.). При использовании преобразователей частоты с хорошим бессенсорным векторным управлением может быть обеспечена точность синхронизации скоростей в пределах ± 1% в диапазоне регулирования 1:100 с динамическим откликом примерно 5Гц. Данный метод синхронизации скорости вращения может применяться, например, в частотно-каскадных схемах управления группой насосов.

Синхронизация по аналоговым входам-выходам:

Возможно настроить смещение скоростей, отмасштабировав аналоговый вход ПЧ2 или аналоговый выход ПЧ1. Данный метод синхронизации скоростей вращения можно реализовать практически на любых моделях частотных преобразователей с хорошим аналоговым выходом: разрядность ЦАП должна быть не менее 10.

В простейшем варианте можно просто давать параллельное задание одновременно на оба ЧРП:

Синхронизация по последовательному интерфейсу:

При этом методе синхронизации точность задания скорости ведомого ПЧ2 не зависит от разрядности АЦП и ЦАП аналоговых входов-выходов частотных преобразователей.

Не все частотные преобразователи, в том числе имеющие коммуникационные порты, могут работать в режиме синхронизации по последовательному интерфейсу. В режиме «Master/Slave” могут работать, например, частотные преобразователи Optidrive P2, Optidrive HVAC, Optidrive Plus 3GV и Optidrive VTC по RS-485, а также Delta VFD-С2000 по CANOpen.

Синхронизация по импульсным сигналам с датчиками обратной связи по скорости

Данный метод позволяет обеспечить на порядок более высокую точность синхронизации скоростей (± 0,1%) в диапазоне регулирования 1:1000 с динамическим откликом до 40Гц. В данном режиме могут работать, например, преобразователи частоты Delta VFD-С2000 с платами расширения PG и инкрементальными энкодерами с разрешением от 1000 имп/об.

Данный метод синхронизации скорости вращения нескольких частотно-регулируемых приводов востребован в полиграфическом оборудовании, прокатных станах, в упаковочных и фасовочных линиях, в оборудовании по производству пленки и т.д.

Ведущий и ведомый преобразователи работают с обратной связью по скорости:

Если ведущий привод нерегулируемый или с простым не векторным преобразователем частоты или без возможности работать с обратной связью:

Синхронизация сервоприводов

Сервоприводы позволяют реализовать синхронизацию не только скоростей, но и углового положения валов относительно друг друга с чрезвычайно высокой точностью, например, до 0,001° в сервоприводе Delta ASDA-A2.

Например, в портальном кране обе оси привода портала должны обеспечить перемещение с постоянной скоростью, иначе возможны механические повреждения приводов. Встроенные в сервопривод ASDA-A2 арифметические функции синхронизации портальных приводов дают возможность осуществить синхронность движения по импульсным сигналам от контроллера системы, управляющего одной координатой. Двухосевое управление будет осуществляться самостоятельно, осуществляя синхронизацию. При недопустимом рассогласовании движения по положению появится сигнал аварии и система остановится.

Читать еще:  Датчик расхода топлива для карбюраторного двигателя

(1) Сигналы управления между сервоприводом оси 1 и управляющим контроллером системы

(2) Сигналы управления между сервоприводом оси 2 и управляющим контроллером системы

(3) Импульсные команды позиционирования от контроллера системы к сервоприводам 1 и 2 оси

(4) Импульсная команда рассогласования по положению, посылаемая сервоприводом 1 оси сервоприводу 2 оси

(5) Импульсная команда рассогласования по положению, посылаемая сервоприводом 2 оси сервоприводу 1 оси

Системы типа «электрический вал» на базе сервоприводов позволяют упростить механическую конструкцию системы, избавив её от системы передаточных шестерней, цепей, ремней и т. д., в различных типах роботизированного оборудования, сварочных, сборочных и обрабатывающих автоматических линиях.

При подготовке публикации использованы информационные материалы ООО «Интехникс».

Преимущества векторного управления асинхронным двигателем

Преобразователь частоты регулирует момент и скорость вращения асинхронного двигателя, используя один из двух основных методов частотного управления — скалярный или векторный. Рассмотрим подробнее особенности этих методов.

Линейная скалярная рабочая характеристика ПЧ

При работе асинхронного электродвигателя от скалярного частотного преобразователя напряжение на двигателе понижается линейно с понижением частоты. Это происходит из-за того, что применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ), при которой отношение действующего напряжения к частоте является константой во всем диапазоне регулирования.

Вольт-частотная (вольт-герцовая) рабочая характеристика ПЧ будет линейной, пока напряжение на возрастет до предела, определяемого напряжением питания преобразователя. Скалярное управление не позволяет двигателю развить требуемую мощность на низких частотах (мощность зависит от напряжения), и момент на валу сильно падает.

Квадратичная скалярная рабочая характеристика

В некоторых случаях, например, при работе преобразователя на мощные вентиляторы и насосы, используют квадратичную вольт-частотную характеристику с пониженным моментом, что позволяет учесть механику процесса, снизить токи, и, соответственно, потери на низких частотах.

Основной минус скалярной вольт-частотной характеристики

У линейной и квадратичной вольт-частотной зависимости, при её простоте и широком распространении, есть большой минус – падение мощности на валу, а значит падение момента и частоты вращения двигателя. При этом происходит так называемое скольжение, когда частота вращения ротора отстает от частоты вращения электромагнитного поля.

Для устранения этого эффекта используется компенсация скольжения, позволяющая скорректировать выходную частоту (обороты двигателя) при возрастании момента нагрузки. Если правильно выбрать значение компенсации, фактическая скорость вращения при большой нагрузке будет приближаться к скорости вращения на холостом ходу.

Кроме этого, в большинстве ПЧ с линейной вольт-частотной характеристикой имеется функция компенсации момента на низких скоростях. Данная функция реализуется за счет повышения напряжения на низких частотах и при неправильном применении может вызвать перегрев двигателя.

Оба параметра компенсации имеют неизменное (установленное при настройке) значение и от нагрузки не зависят.

Преимущества векторного управления

Существует множество задач, когда нужно обеспечить заданную частоту вращения, и описанный недостаток становится очень актуальным. В таких случаях применяют векторное частотное управление, при котором контроллер вычисляет напряжение, необходимое для поддержания момента, обеспечивающего стабильную частоту. В отличие от скалярного режима, здесь происходит «умное» управление магнитным потоком ротора.

Векторное управление асинхронным двигателем особенно актуально на низких частотах – ниже 10 Гц, когда рабочий момент двигателя сильно падает. Кроме того, данный метод позволяет держать стабильную скорость (с предсказуемым линейным изменением) при разгоне. Это достигается за счет получения высокого пускового момента вплоть до выхода двигателя на режим.

Важно и то, что при векторном управлении происходит сбережение электроэнергии (в некоторых случаях – до 60%), поскольку большую часть времени частотный преобразователь передает в двигатель ровно столько энергии, сколько необходимо для поддержания заданной скорости.

Различают два вида векторного управления — без датчика скорости (без обратной связи, или бессенсорное) и с обратной связью, когда в качестве датчика, как правило, используется энкодер.

Векторное управление без обратной связи

В этом случае частотный преобразователь вычисляет скорость вращения двигателя по математической модели на основе ранее введенных данных (параметров двигателя) и данных о мгновенных значениях тока и напряжения. Опираясь на полученные расчеты, ПЧ принимает решение об изменении выходного напряжения.

Перед включением векторного бессенсорного режима необходимо тщательно выставить номинальные параметры двигателя: напряжение, ток, частоту, скорость (обороты), мощность, количество полюсов, а также сопротивление обмоток и индуктивные параметры. Если какие-то значения неизвестны, рекомендуется провести автотестирование двигателя на холостом ходу. Некоторые модели векторных преобразователей частоты устанавливают параметры по умолчанию для стандартного двигателя после введения номинальных значений. Также необходимо задать пределы временных и токовых параметров векторного управления.

Векторное управление с обратной связью

Этот режим отличается более высокой точностью управления скоростью двигателя. Обратную связь обеспечивает энкодер, который сопрягается с частотным преобразователем через дополнительный модуль.

Энкодер устанавливается на валу электродвигателя либо последующего механизма и передает данные о текущей частоте вращения. На основании полученной информации преобразователь меняет напряжение, момент и, соответственно, скорость двигателя. Стоит добавить, что при больших динамических нагрузках (частых изменениях момента) и работе на пониженных скоростях рекомендуется применение принудительного охлаждения внешним вентилятором.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector