Avtoargon.ru

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

Расчет электромеханической системы электропривода, состоящей из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, механической передачи и рабочей машины

Расчет электромеханической системы электропривода, состоящей из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, механической передачи и рабочей машины

Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя привода. Определение необходимой мощности асинхронного двигателя привода. Расчет продолжительности пуска электродвигателя с нагрузкой. Электрическая схема автоматического управления электродвигателем.

РубрикаФизика и энергетика
Видкурсовая работа
Языкрусский
Дата добавления07.05.2019
Размер файла1,0 M
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электрический транспорт»

по дисциплине «Электрический привод»

на тему: «Расчет электромеханической системы электропривода, состоящей из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, механической передачи и рабочей машины»

Выполнил: студент гр. ЭЭб-2015

Проверил: Доцент кафедры ЭТ

асинхронный двигатель привод электрический

Обозначения в данном курсовом проекте

1. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя привода

2. Определение необходимой мощности асинхронного двигателя привода

3. Проверка правильности выбора мощности двигателя по нагреву методом средних потерь

4. Расчет и построение механической характеристики электродвигателя

5. Расчет и построение механической характеристики рабочей машины

6. Определение продолжительности пуска электродвигателя с нагрузкой

7. Расчет потерь энергии в асинхронном двигателе при номинальном напряжении питания и пуске системы

8. Расчет предельно допустимой частоты включений электропривода

9. Расчет и построение кривой изменения превышения температуры электродвигателя

10. Принципиальная электрическая схема автоматического управления электродвигателем

Электропривод является неотъемлемой частью многих промышленных установок и технологических комплексов, используемых в различных отраслях народного хозяйства, науки и техники. Наряду с тенденцией автоматизации технологических и производственных процессов на базе вычислительной техники, современный электропривод стал наиболее распространенной разновидностью систем автоматического управления техническими объектами. Учет этих факторов позволяет улучшить качество выпускаемой продукции и увеличить объемы мирового производства.

В настоящее время электромеханическое преобразование энергии используется практически во всех технических объектах, где синтезированы знания и труд выпускников высших учебных заведений многих специальностей и квалификаций. Именно поэтому электропривод как общепрофессиональная техническая дисциплина не только изучается студентами, избравшими специальность «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», но и входит в программу подготовки по многим другим специальностям.

Появление новых научных и технических решений и изменение самого электропривода в современных условиях требует дополнений во многие разделы дисциплины «Электрический привод». Рассмотрение современных систем электроприводов требует тщательного анализа совместной работы основного элемента — электродвигателя, с другими устройствами, входящими в состав электропривода (преобразовательными агрегатами, механическими звеньями и др.), глубокого понимания физических процессов в электроприводе, знакомства с современными техническими решениями, умения самостоятельно и творчески решать задачи проектирования, исследования, наладки и эксплуатации современных технологических установок в любых отраслях промышленности.

В современном промышленном производстве, на транспорте, в строительстве, в быту осуществляются различные технологические процессы, для реализации которых созданы тысячи самых разнообразных машин. С их помощью организуется добыча полезных ископаемых, обрабатываются различные материалы и изделия, перемещаются люди, предметы труда, жидкости и газы и реализуются многие другие процессы, необходимые для жизнеобеспечения человека. Так, добыча полезных ископаемых ведется с помощью экскаваторов, буровых установок и угольных комбайнов, детали и материалы обрабатываются на разнообразных станках, люди и изделия перемещаются электрическим транспортом, лифтами и эскалаторами, жидкости и газы транспортируются с помощью насосов и вентиляторов.

Часто рабочая машина служит для выполнения нескольких технологических процессов. Например, подъемно-транспортная машина имеет как минимум два механизма — механизм подъема груза и механизм перемещения.

Итак, рабочие машины и механизмы — устройства для замены человеческого труда в производстве, обслуживании и других областях деятельности человека и изменения формы, свойств, состояния и положения предметов труда.

Рабочая машина (механизм) в свою очередь состоит из множества взаимосвязанных деталей и узлов, один из которых непосредственно выполняет заданную операцию технологического процесса и поэтому называется исполнительным органом. В лифтах — это кабина, в экскаваторах — ковш, у вентиляторов и насосов — рабочее колесо (крыльчатка), во фрезерном станке — фреза и др. При этом необходимо учитывать одно очень важное обстоятельство — все технологические процессы осуществляются за счет механического движения исполнительных органов. Кроме того, в машине (механизме) может быть не один исполнительный орган, а несколько взаимодействующих, например, в транспортере это барабан, перемещающий ленту, и собственно сама лента, на которой лежит груз.

Исполнительный орган в процессе выполнения заданной технологической операции должен преодолевать сопротивление своему движению, обусловленное наличием сил трения или сил тяжести, упругой и пластической деформациями веществ или другими факторами. Для этого к нему должна быть подведена механическая энергия от устройства, которое в соответствии со своим назначением получило название привод.

Механическая энергия вырабатывается приводом за счет использования других видов энергии. В зависимости от вида используемой энергии различают мускульный (энергия действия мышц человека или животного), гидравлический (энергия падающей жидкости), пневматический (энергия сжатого воздуха), тепловой (энергия сгорающего топлива) и электрический приводы. В современном промышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в других областях наибольшее применение находит электрический привод, основным источником механической энергии в котором является электродвигатель.

Электропривод — электромеханическая система, осуществляющая преобразование электрической энергии в механическую, состоящая из взаимосвязанных и взаимодействующих друг с другом электротехнических, электромеханических и механических устройств, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов машин и механизмов и управления этим движением.

Широкое применение электрического привода объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими видами приводов: надежность и экономичность процесса передачи электрической энергии на большие расстояния и ее преобразования в механическую энергию; большой диапазон мощности электроприводов и скорости их движения; разнообразие конструктивных исполнений, что позволяет рационально сочленять привод с исполнительным органом рабочей машины и использовать для работы в различных условиях (в воде, среде агрессивных жидкостей и газов, космическом пространстве); простота автоматизации технологических процессов; высокий КПД и экологическая чистота.

Возможности использования современных электроприводов продолжают постоянно расширяться за счет достижений в смежных областях науки и техники: электромашиностроении и электроаппаратостроении, электронике и вычислительной технике, автоматике и механике.

Для электромеханической системы электропривода, состоящей из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, механической передачи и рабочей машины.

Читать еще:  Что такое длительный режим работы двигателя

1) На основании исходных данных (таблица А.1) индивидуального задания построить нагрузочную диаграмму электродвигателя привода, рассчитать эквивалентную (среднеквадратическую) нагрузку электропривода и нанести ее на нагрузочную диаграмму.

2) Определить необходимую мощность асинхронного двигателя привода из условий обеспечения:

а) допустимого нагрева электродвигателя;

б) пуска со снижением напряжения на U 30 % ( uп = 0,7 согласно ПУЭ);

в) статическую устойчивость электропривода при возможном снижении питающего напряжения на U = 20 % ( uр = 0,8 ) при максимальной нагрузке.

3) Выбрать по каталогу (таблицы Б.1-Б.2) в качестве приводного электродвигателя асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором общего назначения серии 4А или АИ. Проверить правильность выбора мощности электродвигателя по нагреву методом средних потерь.

4) Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя f1 (M дв ).

5) Рассчитать и построить на том же графике механическую характеристику

рабочей машины, приведенную к частоте вращения вала электродвигателя f 2 (M с ).

6) Определить продолжительность пуска электродвигателя с нагрузкой:

а) при номинальном напряжении питания;

б) при снижении питающего напряжения на U% от его номинального значения.

7) Рассчитать потери энергии в асинхронном двигателе при номинальном напряжении питания и пуске системы:

8) Рассчитать, исходя из допустимого (нагрева электродвигателя, предельно допустимую частоту включений электропривода при ПВ, %, номинальной нагрузке при работе и номинальном напряжении питания для режимов пуска системы:

9) Рассчитать и построить кривую изменения превышения температуры электродвигателя при работе и после отключения, совместив ее с нагрузочной диаграммой. Температуру двигателя до его включения принять равной температуре окружающей среды. Температура окружающей среды неизменна.

10) Составить согласно заданию принципиальную электрическую схему автоматического управления электродвигателем. Предусмотреть защиту электродвигателя от перегрузки и токов короткого замыкания, а цепей управления — от токов короткого замыкания. Выбрать соответствующую аппаратуру автоматической защиты и управления. Привести краткое описание схемы электропривода и пояснить ее работу.

Обозначения в данном курсовом проекте

Рн — номинальная мощность электродвигателя (на валу), кВт;

nн — номинальная угловая скорость вала электродвигателя, об/мин;

к — кратность максимального вращающего момента электродвигателя по отношению к его номинальному моменту (перегрузочная способность);

п — кратность пускового вращающего момента электродвигателя по отношению к его номинальному моменту;

м — кратность минимального вращающего момента электродвигателя по отношению к его номинальному моменту;

iп — кратность пускового тока по отношению к номинальному току;

GDдв 2 — момент инерции ротора электродвигателя, кг·м 2 ;

nмн — номинальная угловая скорость рабочей машины,об/мин;

Ммн — момент статического сопротивления рабочей машины при ее номинальной скорости вращения nн, Н·м;

Ммо — начальный момент статического сопротивления рабочей машины, равный моменту сопротивления рабочей машины при пуске за вычетом момента сопротивления, обусловленного трением покоя, Н·м ; Ммо 0,2·Ммн;

GDрм 2 — момент инерции рабочей машины, кг·м 2 ;

х — показатель степени, характеризующий изменение момента статического сопротивления рабочей машины;

п — КПД механической передачи;

U — снижение питающего напряжения от номинальной величины, %;

н — номинальный КПД электродвигателя, %.

1. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя привода

Расчет и построение электромеханических и механических характеристик электродвигателя

Дата добавления: 2015-09-15 ; просмотров: 1520 ; Нарушение авторских прав

Электромеханической характеристикой называется зависимость угловой скорости двигателя от тока главной цепи, то есть .

Механической характеристикой называется зависимость угловой скорости двигателя от развиваемого им момента на валу, то есть .

Электромеханические и механические характеристики можно изобразить в виде графиков.

Для асинхронного двигателя уравнения механической характеристики выражаются формулами [2, 5]

, (4.1)

, (4.2)

где – критический момент, развиваемый электродвигателем, Н·м;

– критическое скольжение, соответствующее ;

– текущее значение скольжения;

– коэффициент, учитывающий отношение сопротивления

обмотки статора к приведенному сопротивлению ротора.

Для двигателей большой мощности можно принять , тогда уравнение механической характеристики принимает вид

. (4.3)

Приведенные уравнения позволяют по паспортным данным машины определить ее естественную характеристику M=f(s). Для этого предварительно вычисляют величины:

.

Затем, задаваясь скольжением в пределах s=0–1, по уравнению механической характеристики (4.1) или (4.2) определяют значения момента M и строят механическую характеристику.

Для всех типов асинхронных двигателей при построении механических характеристик в тормозных режимах необходимо учитывать изменение величины и знаков перед скольжением и моментом на валу [2, 5].

Ремонт электродвигателей

Ремонт электродвигателей асинхронных, перемотка роторов, статоров, восстановление подшипниковых щитов и балансировка на Слобожанском заводе — гарантирует высокий уровень профессионализма. Большой опыт ремонтных работ с крановым оборудованием, пассажирскими лифтовыми двигателями, ремонтом промышленного оборудования.

На базе СЛЭМЗ проводим ремонт электродвигателей:

  • Крановые с фазным ротором — МТН, МТF, 4МТ, МТКН, МТКF
  • Общепромышленные с короткозамкнутым ротором — АИР, 4А, 4М, АДМ
  • Лифтовые, двухскоростные — 4АН, АН, 4АМН, 5АН
  • Взрывозащищенные — ВАО, ВАО2, 4ВР, 3ВР, АИМ, АИММ, АИУ
  • Высоковольтные — А4, ДАЗО, АЗМ, А112, ДАЗО4

Перемотка и ремонт в сервисных цехах СЛЕМЗ

Слобожанский электромеханический завод — это заводская надежность работ по перемотке и ремонту асинхронных двигателей, наличие запчастей на складе в Украине, честность сотрудников и хорошая репутация. Три сервисных цеха в Украине по ремонту и перемотке электродвигателей в Киеве, Днепре и Харькове. По окончанию ремонта, двигатель проходит аттестацию и заключение ОТК, проверка приравнивается к требованиям нового мотора. Гарантия на перемотанные и восстановленные электромоторы до 12 месяцев.

Основные услуги СЛЭМЗ по восстановлению и ремонту электродвигателей:

  • Диагностика
  • Ремонт замыкания обмотки статора или ротора
  • Восстановление деталей корпуса, щитов
  • Центровка ротора
  • Ремонт, замена подшипников
  • Перемотка двигателя
  • Работа с электрикой
  • Испытание устройства под специфические условия эксплуатации
  • Пропитка обмоток лаком, дополнительная пропитка под специфические условия эксплуатации
  • Балансировка
  • Восстановление и замена ротора
  • Установка датчиков теплозащиты, тепловое реле
  • Восстановление посадочных мест под подшипники
  • Замена сальника, крыльчатки охлаждения
  • Токарные работы
  • Перемотка электродвигателей шиной, проводом
  • Порошковая покраска двигателя
  • Замена выводных концов, клеммной коробки

Капитальный ремонт

Капитальный ремонт электродвигателя – полная разборка двигателя, диагностика каждой детали. Ревизия щеточного узла, испытание или замена медной обмотки, дефектовка узлов, определение износа корпуса, кожуха, перепресовка листов стали активной части статора. Тяжелая эксплуатация приводит к быстрому износу подшипников, посадочных мест, обрыву обмотки, изменению скорости вращения вала.

Главные показатели для перемотки и капитального ремонта двигателя:

  • Запах горелой изоляции
  • Срабатывание защитных устройств от перегрева, короткого замыкания, перегрузки
  • Механические неисправности — заклинивание, деформирование вала, трещины в станине
  • Электрические повреждения – обрыв в стержнях беличьего колеса, межвитковое замыкание
  • Скорость вращения вала не соответствует паспорту
  • Рабочие и пусковые токи завышены
  • Наличие посторонних шумов при эксплуатации
Читать еще:  402 двигатель уаз какое сцепление подходит

Текущий ремонт

Текущий ремонт – плановая диагностика по замеру зазоров подшипников скольжения, промывка и замена смазки подшипников качения. Проверка и замеры сопротивления диэлектрической прочности изоляции. Вместе с плановым ремонтом проводят ревизию механизмов, агрегатированных с двигателем. Муфты, шкивы и ременные шкивы так же подлежат замене или ревизии. Сборка агрегата должна быть центрована и отбалансирована.

Периодичность текущего ремонта определятся заводом изготовителем и режимом работы двигателя. Послеремонтный двигатель проходит диагностику и аттестацию на уровне нового.

Оборудование СЛЭМЗ для перемотки и ремонта электродвигателей:

  • Установка капельной пропитки статоров электрических машин УКПМ-904М – пропитка и токовая сушка обмоток при перемотке
  • Установка масляного нагрева УМН-1 – нагрев деталей, подлежащих напрессовке в масляной ванне
  • Механизм поворота статора электродвигателя УПСЭ-1 – укладка обмоток в пазы статора
  • Машина обрезки обмоток статора УООС-1 – предназначена для обрезки лобовой части обмоток
  • Установка выпрессовки подшипников УВП-1А, УВП-901А – выпрессовка подшипников, подогрев внутренней обоймы
  • Станок намотки секций статоров СНС-1, СНС-902 – намотка секций всыпных обмоток статоров мощностью до 100 кВт
  • Гидравлический съемник СГ-1 – демонтаж составных частей двигателей
  • Станок изготовления пазовых клиньев для двигателей из изоляционных материалов СКЛ-1 – изготовление пластин из текстолита и других изоляционных материалов

Перемотка ротора, статора

Дефекты электрической части, восстанавливаемые в ремонтных цехах Слобожанского завода указаны в таблице.

Выполняемый ремонт электродвигателя

Электродвигатель не запускается

Обрыв в питающей сети или в обмотках статора, Отсутствие напряжения по фазам, оборвана фаза, оборваны стержни ротора

Диагностика, замеры сопротивления изоляции

Низкая частота вращения и гул

Износ подшипников, перекос подшипниковых щитов, изгиб вала

Смазка или замена подшипников, балансировка и центровка

При запуске электродвигатель сильно шумит

Погнут кожух вентилятора или в него попали посторонние предметы

Чрезмерный нагрев подшипников

Нарушена центровка, неисправны подшипники

Агрегат останавливается или перегревается при увеличении нагрузки

Пониженное напряжение сети, неправильное соединение обмоток, межвитковое замыкание, перегрузка двигателя, обрыв обмотки ротора (у двигателя с фазным ротором), скачки напряжения сети, неисправен или засорен вентилятор, замыкание между фазами обмотки

Просушка обмотки статора с помощью горячего воздуха и печей. Ремонт обрывов обмотки. Пропитка лаком обмоток. Двойная пропитка для защиты от перегрева. Перемотка ротора и статора. Установка теплозащиты, теплового реле, пускозащитной аппаратуры

Работающий двигатель остановился, при запуске срабатывает защита

Перерыв в подаче электроэнергии, длительное понижение напряжения, заклинивание механизма

Пониженное сопротивление обмотки статора или ротора, повышенный перегрев обмотки статора

Загрязнена или отсырела обмотка

Наиболее востребованный ремонт электродвигателей – перемотка статора и ротора. Двигатели 0,18 – 11 кВт можно перематывать своими руками, в домашних условиях. Моторы от 132 габарита лучше ремонтировать в сервисных центрах. Скачать pdf перемотка электродвигателей своими руками. В ремонтных цехах Киева, Харькова, Днепра Слобожанского завода проводится полная замена обмоток и устранение обрывов.

Перегрев корпуса двигателя и срабатывание защиты от перегрузки при эксплуатации может указывать на неисправности в обмотке и межвитковое замыкание. Замыкание между собой нескольких витков приводит к нагреву замкнутого участка. Повреждение обмотки нарушает электрическую цепь, протекание тока прекращается — двигатель перестает работать. Путем измерения мегаомметром или мультиметром на сопротивление изоляции можно определить причину поломки.

Пропитка обмотки изоляционным лаком

Пропитка обмоток электродвигателя ГОСТ 6244-70 повышает надежность и работоспособность. Покрытие лаком медной обмотки увеличивает электрические и механические изоляционные свойства, обеспечивающие устойчивость к перегреву. В таблице указаны основные марки лаковых покрытий обмоточных проводов.

Пропиточные лаки ремонтных электродвигателей

Виды пропиточных лаков

Синтетические (искусственные, полимеры)

Модифицированный глифталь ФЛ-98

Природные (натуральные, на базе смол)

На основе полиэфиримидизоцианурата ИД-9152

Замена подшипников, балансировка, механические неисправности

Сбой центровки и разбалансировка вызывают дефекты механики. Механические поломки у асинхронных электродвигателей связаны с износом, увеличением зазоров подшипников качения, отсутствием смазки и разбалансировки. Определить механический дефект можно по посторонним звукам в работе, вибрации и нагреву торцевой части. Недостаточная или неправильная смазка приводит к преждевременным поломкам. Сколы лопастей приводят к биению и нарушают балансировку. Закрытые подшипники качения не смазывают, их сепараторы закрыты от воздействия внешней среды. На ротор крепятся лопасти для вентиляции мотора.

Увеличение зазоров в подшипниках влечет за собой дополнительные поломки:

  • Агрегат вращается неравномерно — выходит из строя дорогостоящее оборудование
  • При вибрации ротор деформируется, магнитопровод статора повреждается

Цены на ремонт электродвигателей асинхронных

Предоставить общий универсальный прайс-лист по перемотке или ремонту асинхронных электродвигателей — невозможно. Точную цену можно сформулировать уже после диагностики, дефектовки и точной массы меди ротора/статора.

Ориентировочная цена формулируется от прайс-листа новых моторов. Технология примерного расчета стоимости: максимальная цена за капитальный ремонт электродвигателя – 50% стоимости нового электромотора. За половину цены нового двигателя Вы получите диагностику, замену подшипников, перемотку статора, перемотку ротора, работы с корпусом, посадочными местами под подшипники, финальную диагностику, аттестацию и гарантию на обслуживание.

Менее масштабные работы по обслуживанию и перемотке стоят дешевле. Примерная цена на перемотку статора или ротора в Украине рассчитывается своими руками: цена медного провода, умноженная на 2. Замена подшипников, диагностика – начинаются от 200 грн.

Особенности ремонта промышленных двигателей для насосов, компрессоров, вентиляторов, пил

Устранение неисправностей трехфазного асинхронного электродвигателя. Последовательность действий

  • Предварительная аттестация заказчиком, фото, видео
  • Формирование договора и примерной сметы
  • Выбор ближайшего цеха в Украине – Харьков, Днепр, Киев.
  • Направление эл. машины с короткозамкнутым, фазным ротором на дефектовку
  • Утверждение точной сметы
  • Выполнение ремонта и перемотки двигателя
  • Финальная аттестация
  • Оформление гарантии
  • Отправка заказчику

Насосное оборудование, пилы и компрессоры работают в режиме S3 – повторно-кратковременный. Качественных заводских двигателей с режимом работы S3 в Украине нет. Вариант установки асинхронного мотора на агрегаты с режимом S1 – продолжительный. Соотношение пускового тока к номинальному выше допустимых норм, двигатель перегревается и сгорает.

Сгоревшие и не работающие двигатели требуют замену, что не всегда вписывается в бюджет и высокая цена, отсутствие аналогов. Ремонт электродвигателя отличная и бюджетная альтернатива. Звоните специалистам СЛЭМЗ для составления сметы и выполнения ремонта электродвигателей.

Электромеханическая и механическая характеристика двигателя с фазным ротором

Достоинства

Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы имеют следующие достоинства:
Простая конструкция

Ротор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала. На роторе ВРД отсутствуют обмотки и постоянные магниты. Фазные обмотки находятся только на статоре. Для уменьшения трудоемкости катушки обмотки статора могут изготавливаться отдельно, а затем надеваться на полюсы статора.
Высокая ремонтопригодность

Простота обмотки якоря повышает ремонтопригодность ВРД/ВРГ, т.к. для ремонта достаточно сменить вышедшую из строя катушку.
Отсутствие механического коммутатора

Читать еще:  Двигатель в машине из чего состоит с картинками

Управление электромеханическим преобразователем электропривода/генератора осуществляется с помощью высокоэффективных силовых полупроводниковых элементов — IGBT или MOSFET (HEXFET) транзисторов, надежность которых существенно превышает надежность любых механических деталей, например: коллекторов, щеток, подшипников.
Отсутствие постоянных магнитов

ВРД/ВРГ не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами (ВЭДПМ). В среднем, при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках ВРД/ВРГ имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надежность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур. Конструктивно, по сравнению с ВЭДПМ, ВРД/ВРГ не имеет ограничения по мощности (практически, мощность ВЭДПМ ограничивается пределом около 20-40 кВТ). ВЭДПМ требуют защиты от металлической пыли, боятся перегрева и сильных электромагнитных полей, в случае короткого замыкания обмотки превращаются в самовозгорающуюся систему. Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы свободны от всех этих недостатков.
Малое количество меди

На изготовление ВРД/ВРГ требуется в среднем 2-3 раза меньше меди, чем для коллекторного электродвигателя такой же мощности, и в 1,3 раза меньше меди, чем для асинхронного электродвигателя.
Tепловыделение происходит в основном только на статоре, при этом легко обеспечивается герметичная конструкция, воздушное или водяное охлаждение

В рабочем режиме не требуется охлаждение ротора. Для охлаждения ВРД/ВРГ достаточно использовать наружную поверхность статора.
Высокие массогабаритные характеристики

В большинстве случаев ВРД/ВРГ может быть выполнен с полым ротором. Толщина спинки ротора при этом должна быть не менее половины ширины полюса. Подбором количества полюсов статора и ротора могут быть оптимизированы массогабаритные характеристики электродвигателя/генератора, его мощность при заданном моменте и диапазоне частоты вращения.
Низкая трудоемкость

Простота конструкции ВРД/ВРГ снижает трудоемкость его изготовления. В сущности, его можно изготовить даже на не специализирующемся в области электромашиностроения промышленном предприятии. Для серийного производства ВРД/ВРГ требуется обычное механическое оборудование — штампы для изготовления шихтованных сердечников статора и ротора, токарные и фрезерные станки для обработки валов и корпусных деталей. Трудоемкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щеток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоемкость изготовления ЭМП вентильного реактивного электродвигателя составляет на 70% меньше трудоемкости изготовления коллекторного и на 40% меньше трудоемкости изготовления асинхронного электродвигателя.
Гибкость компоновки

Простота обмотки якоря и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВРД/ВРГ высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя/генератора может быть плоской, вытянутой, обращенной, секторной, линейной. Для выпуска целого типоряда электродвигателей/генераторов с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегченных и, напротив, тяжелых условий работы, включая моментные двигатели. Для привода некоторых рабочих машин выгоднее иметь линейные электродвигатели с возвратно-поступательным перемещением зубцового штока (аналога ротора). В ряде случаев может быть использована давно известная, но неэффективная в случае асинхронного электродвигателя конструкция дугостаторной машины, статор которой охватывает доступную для размещения дугу окружности ротора, в качестве которого может использоваться вал с зубчатым колесом.

На рисунках ниже приведены примеры некоторых возможных конструкций вентильных реактивных электродвигателей/генераторов. Синим цветом выделена подвижная часть электрической машины, зеленым — статор, красным — обмотки, серым — несущая конструкция.
Высокая надежность

Простота конструкции обеспечивает ВРД/ВРГ более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВРД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. ВРГ остается работоспособным даже после выхода из строя одной или двух фаз.
Широкий диапазон частот вращения (от единиц до сотен тысяч об/мин)

Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные “моментные” электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000 об/мин.
Высокий КПД в широком диапазоне частот вращения

Практически достижимый КПД вентильного реактивного электродвигателя/генератора мощностью 1 КВт может доходить до 90 % в диапазоне 5-10-кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать 95-98 %.

ВРД часто путают с синхронным реактивным электродвигателем (СРД), обмотки якоря которого питаются синусоидально изменяющимися напряжениями без обратной связи по положению ротора. СРД имеет низкий КПД, который не превышает 50 % для маломощных электродвигателей и до 70 % для мощных электрических машин.
Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникой

Поскольку ВРД/ВРГ питается (возбуждается) однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя или генератора.
Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работы

Естественная механическая характеристика ВРД/ВРГ определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики — постоянство мощности на валу машины — оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жесткие (астатические), и не ведет к какому либо усложнению системы управления, так как ее процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Фактически поле доступных механических характеристик непрерывным образом покрывает все четыре квадранта плоскости момент-скорость в пределах области ограничений конкретного электропривода.
Низкая стоимость электромеханического преобразователя

Стоимость ВРД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Дорогостоящим в рассматриваемой системе электропривода можно считать электронный преобразователь, который является обязательным элементом всех современных регулируемых электроприводов. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВРД/ВРГ коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости.

Наконец, экономическая эффективность ВРД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector