Моторный привод , или просто известный как привод , описывает оборудование, используемое для управления скоростью машин. Многие производственные процессы, такие как сборочные линии, должны работать с разной скоростью для разных продуктов. Если условия процесса требуют регулировки потока от насоса или вентилятора, изменение скорости привода может сэкономить энергию по сравнению с другими методами управления потоком.
Если скорость может быть выбрана из нескольких различных предварительно установленных диапазонов, обычно говорят, что скорость привода регулируется. Если выходную скорость можно изменять бесступенчато в диапазоне, привод обычно называют переменной скоростью .
Приводы с регулируемой и регулируемой скоростью могут быть чисто механическими (называемыми вариаторами ), электромеханическими, гидравлическими или электронными.
Электродвигатели
Электродвигатели переменного тока могут работать в режиме фиксированной скорости, определяемой количеством пар полюсов статора в двигателе и частотой источника переменного тока. Двигатели переменного тока могут быть выполнены для работы с «переключением полюсов», повторным подключением обмотки статора для изменения числа полюсов, чтобы получить две, а иногда и три скорости. Например, машина с 8 физическими парами полюсов может быть подключена для работы с 4 или 8 парами полюсов, что дает две скорости - при 60 Гц это будет 1800 об / мин и 900 об / мин. Если изменения скорости случаются редко, двигатель можно сначала подключить для одной скорости, а затем перенастроить для другой скорости по мере изменения условий процесса, или можно использовать магнитные контакторы для переключения между двумя скоростями, когда технологические потребности колеблются. Подключение более трех скоростей неэкономично.
Количество таких рабочих скоростей с фиксированной скоростью ограничено стоимостью, поскольку количество пар полюсов увеличивается. Если требуется много разных скоростей или бесступенчатая регулировка скоростей, требуются другие методы.
Двигатели постоянного тока позволяют изменять скорость, регулируя ток возбуждения шунта. Другой способ изменения скорости двигателя постоянного тока - это изменение напряжения, приложенного к якорю.
Привод с регулируемой скоростью может состоять из электродвигателя и контроллера, который используется для регулировки рабочей скорости двигателя. Комбинация двигателя постоянной скорости и непрерывно регулируемого механического устройства изменения скорости также может быть названа приводом с регулируемой скоростью. Преобразователи частоты на базе силовой электроники быстро заменяют старые технологии.
Причины использования моторных приводов
Управление технологическим процессом и энергосбережение - две основные причины использования привода с регулируемой скоростью. Исторически приводы с регулируемой скоростью разрабатывались для управления технологическими процессами, но сохранение энергии стало не менее важной задачей.
Контроль ускорения
Привод с регулируемой скоростью часто может обеспечить более плавную работу по сравнению с альтернативным режимом работы с фиксированной скоростью. Например, на канализационной станции сточные воды обычно проходят по канализационным трубам под действием силы тяжести в место с мокрым колодцем. Оттуда он перекачивается в лечебный процесс. Когда используются насосы с фиксированной скоростью, насосы настраиваются на запуск, когда уровень жидкости в мокром колодце достигает некоторой верхней точки, и останавливаются, когда уровень снижается до нижней точки. Включение и выключение насосов приводит к частым сильным скачкам электрического тока для запуска двигателей, что приводит к электромагнитным и тепловым напряжениям в двигателях и оборудовании управления мощностью, насосы и трубопроводы подвергаются механическим и гидравлическим нагрузкам,и процесс очистки сточных вод вынужден компенсировать скачки потока сточных вод в процессе. При использовании приводов с регулируемой скоростью насосы работают непрерывно со скоростью, которая увеличивается по мере увеличения уровня влажного колодца. Это соответствует расходу со средним притоком и обеспечивает более плавную работу процесса.
Экономия энергии за счет использования эффективных приводов с регулируемой скоростью
Вентиляторы и насосы потребляют большую часть энергии, используемой промышленными электродвигателями. Если вентиляторы и насосы обслуживают изменяющуюся технологическую нагрузку, простой способ изменить подаваемое количество жидкости - использовать заслонку или клапан на выходе вентилятора или насоса, который за счет увеличения перепада давления снижает поток в технологическом процессе. Однако это дополнительное падение давления представляет собой потерю энергии. Иногда экономически целесообразно установить какое-либо устройство, которое восстанавливает эту потерянную в противном случае энергию. С помощью привода с регулируемой скоростью на насосе или вентиляторе подачу можно регулировать в соответствии с потребностями без дополнительных потерь.
Например, когда вентилятор приводится в движение непосредственно двигателем с фиксированной скоростью, воздушный поток рассчитан на максимальную потребность системы, и поэтому обычно будет выше, чем необходимо. Воздушный поток можно регулировать с помощью заслонки, но более эффективно регулировать скорость двигателя вентилятора напрямую. Согласно законам сродства , для 50% воздушного потока двигатель с регулируемой скоростью потребляет около 20% входной мощности (ампер). Двигатель с фиксированной скоростью по-прежнему потребляет около 85% входной мощности при половине расхода.
Типы приводов
Некоторые первичные двигатели (двигатели внутреннего сгорания , поршневые или турбинные паровые двигатели, водяные колеса и другие) имеют диапазон рабочих скоростей, который можно непрерывно изменять (путем регулирования расхода топлива или аналогичными средствами). Однако эффективность может быть низкой в крайних пределах диапазона скоростей, и могут быть системные причины, по которым скорость первичного двигателя не может поддерживаться на очень низких или очень высоких скоростях.
До изобретения электродвигателей механические переключатели скорости использовались для управления механической мощностью, обеспечиваемой водяными колесами и паровыми двигателями. Когда электродвигатели вошли в употребление, почти сразу же были разработаны средства управления их скоростью. Сегодня на рынке промышленных приводов конкурируют между собой различные типы механических приводов, гидроприводов и электроприводов.
Механические приводы
Есть два типа механических приводов: приводы с переменным шагом и тяговые приводы.
Приводы с регулируемым шагом - это шкивные и ременные передачи, в которых можно регулировать средний диаметр одного или обоих шкивов.
Тяговые приводы передают мощность через металлические ролики, движущиеся против сопрягаемых металлических роликов. Соотношение входной / выходной скорости регулируется перемещением роликов для изменения диаметра контактного пути. Было использовано много различных форм валков и механических конструкций.
Гидравлические приводы с регулируемой скоростью
Гидравлические приводы бывают трех типов: гидростатические, гидродинамические и гидровязкие.
Гидростатический привод состоит из гидравлического насоса и гидравлического двигателя. Поскольку используются поршневые насосы и двигатели, один оборот насоса или двигателя соответствует заданному объему потока жидкости, который определяется рабочим объемом независимо от скорости или крутящего момента . Скорость регулируется путем регулирования потока жидкости с помощью клапана или путем изменения рабочего объема насоса или двигателя. Было использовано множество различных вариантов дизайна. В приводе наклонной шайбы используется аксиально-поршневой насос и / или двигатель, в котором угол наклонной шайбы может быть изменен для регулировки рабочего объема и, таким образом, регулировки скорости.
Гидродинамические приводы или гидравлические муфты используют масло для передачи крутящего момента между рабочим колесом на входном валу с постоянной скоростью и ротором на выходном валу с регулируемой скоростью. Гидротрансформатор в автоматической коробке передач автомобиля является гидродинамическим приводом.
Гидровязкий привод состоит из одного или нескольких дисков, соединенных с входным валом, прижатых к аналогичному диску или дисков, соединенных с выходным валом. Крутящий момент передается от входного вала к выходному валу через масляную пленку между дисками. Передаваемый крутящий момент пропорционален давлению гидравлического цилиндра, который сжимает диски вместе. Этот эффект можно использовать в качестве сцепления , такого как сцепление Хеле-Шоу , или в качестве привода с регулируемой скоростью, например, в редукторе с переменным передаточным числом Байера .
Бесступенчатая трансмиссия (CVT)
Механические и гидравлические приводы с регулируемой скоростью обычно называют трансмиссиями или бесступенчатыми трансмиссиями, когда они используются в транспортных средствах, сельскохозяйственном оборудовании и некоторых других типах оборудования.
Электроприводы с регулируемой скоростью
Типы контроля
Управление может означать либо ручную регулировку - с помощью потенциометра или устройства на линейном эффекте Холла (которое более устойчиво к пыли и жирам), либо оно также может регулироваться автоматически, например, с помощью детектора вращения, такого как оптический кодировщик кода Грея .
Типы приводов
Существует три основных категории электроприводов: приводы с двигателями постоянного тока, приводы вихретокового действия и приводы с двигателями переменного тока . Каждый из этих общих типов можно разделить на множество разновидностей. Электроприводы обычно включают в себя как электродвигатель, так и блок или систему регулирования скорости. Термин « привод» часто применяется к контроллеру без двигателя. На заре развития технологии электроприводов использовались электромеханические системы управления. Позже были разработаны электронные контроллеры с использованием различных типов электронных ламп. По мере появления подходящих твердотельных электронных компонентов в новые конструкции контроллеров включались новейшие электронные технологии.
Приводы постоянного тока
Приводы постоянного тока - это системы управления скоростью двигателя постоянного тока . Поскольку скорость двигателя постоянного тока прямо пропорциональна напряжению якоря и обратно пропорциональна магнитному потоку двигателя (который является функцией тока возбуждения), для управления скоростью можно использовать либо напряжение якоря, либо ток возбуждения. Несколько типов двигателей постоянного тока описаны в электромоторе статьи. В статье об электродвигателях также описываются электронные регуляторы скорости, используемые с различными типами двигателей постоянного тока.
Вихретоковые приводы
Вихретоковый диск (иногда называемый приводом Dynamatic, после того, как один из наиболее распространенных торговых марок) состоит из фиксированной скорости двигателя (обычно является асинхронным двигателем ) и вихретокового сцепления. Муфта состоит из ротора с фиксированной скоростью и ротора с регулируемой скоростью, разделенных небольшим воздушным зазором. Постоянный ток в обмотке возбуждения создает магнитное поле, которое определяет крутящий момент, передаваемый от входного ротора к выходному ротору. Контроллер обеспечивает регулирование скорости с обратной связью путем изменения тока муфты, позволяя муфте передавать только крутящий момент, достаточный для работы на желаемой скорости. Обратная связь по скорости обычно обеспечивается через встроенный тахометр переменного тока.
Вихретоковые приводы представляют собой системы с регулируемым скольжением, энергия скольжения которых обязательно рассеивается в виде тепла. Поэтому такие приводы обычно менее эффективны, чем приводы с преобразованием переменного тока в постоянный ток . Двигатель развивает крутящий момент, необходимый для нагрузки, и работает на полной скорости. Выходной вал передает такой же крутящий момент на нагрузку, но вращается с меньшей скоростью. Поскольку мощность пропорциональна крутящему моменту, умноженному на скорость, входная мощность пропорциональна скорости двигателя, умноженной на рабочий крутящий момент, а выходная мощность - это выходная скорость, умноженная на рабочий крутящий момент. Разница между скоростью двигателя и выходной скоростью называется скоростью скольжения.. Мощность, пропорциональная скорости скольжения, умноженной на рабочий крутящий момент, рассеивается в муфте в виде тепла. Хотя частотно-регулируемый привод превосходит его в большинстве приложений с регулируемой скоростью, вихретоковая муфта по-прежнему часто используется для соединения двигателей с высокоинерционными нагрузками, которые часто останавливаются и запускаются, такими как штамповочные прессы, конвейеры, подъемное оборудование. , и некоторые более крупные станки, позволяющие плавный запуск с меньшими затратами на техническое обслуживание, чем механическое сцепление или гидравлическая трансмиссия.
Приводы переменного тока
Приводы переменного тока - это системы управления скоростью двигателя переменного тока .
Скольжения контролируемой раны ротор асинхронный двигатель (WRIM) привод контролирует скорость путем изменения скольжения двигателя с помощью ротора колец скольжения либо электронного способа извлечения мощности скольжения подается обратно к шине статора или путем изменения сопротивления внешних резисторов в цепи ротора. Наряду с вихретоковыми приводами, приводы WRIM на основе сопротивления потеряли популярность, поскольку они менее эффективны, чем приводы WRIM на основе переменного / постоянного / переменного тока и используются только в особых ситуациях.
Системы рекуперации энергии скольжения возвращают энергию в шину статора WRIM, преобразуя энергию скольжения и возвращая ее в источник питания статора. В противном случае такая рекуперированная энергия была бы потрачена впустую в виде тепла в резистивных приводах WRIM. Приводы переменной скорости с рекуперацией энергии скольжения используются в таких приложениях, как большие насосы и вентиляторы, ветряные турбины, судовые силовые установки, большие гидронасосы / генераторы и маховики для аккумулирования энергии. Ранние системы рекуперации энергии скольжения, в которых использовались электромеханические компоненты для преобразования переменного / постоянного тока в переменный (т.е. состоящие из выпрямителя, двигателя постоянного тока и генератора переменного тока), называются приводами Крамера , более современные системы, использующие частотно-регулируемые приводы (ЧРП), называются статическими приводами Крамера. диски .
Как правило, частотно-регулируемый привод в своей базовой конфигурации управляет скоростью асинхронного или синхронного двигателя, регулируя частоту мощности, подаваемой на двигатель.
При изменении частотно - регулируемый привод частоты в приложениях с переменным крутящим момента стандарта низкой производительности , используя управление Вольтого-за-герц (В / Гц), соотношение в двигателе переменного тока в напряжении-частоте может поддерживаться постоянная, и его мощность можно варьировать, между минимальным и максимальные рабочие частоты до базовой частоты. Работа с постоянным напряжением выше базовой частоты и, следовательно, с уменьшенным соотношением В / Гц, обеспечивает пониженный крутящий момент и постоянную мощность.
Рекуперативные приводы переменного тока - это тип привода переменного тока, который способен восстанавливать энергию торможения нагрузки, движущейся быстрее скорости двигателя (ремонтная нагрузка), и возвращать ее в энергосистему.
В статье о ЧРП содержится дополнительная информация об электронных регуляторах скорости, используемых с различными типами двигателей переменного тока.
См. Также
- Бесступенчатая трансмиссия
- Рекуперативные частотно-регулируемые приводы
- Частотно-регулируемый привод
- Торможение постоянным током
- Электромашина с двойным питанием
Ссылки
- Спитцер, Дэвид В. (1990). Приводы с регулируемой скоростью . Инструментальное общество Америки. ISBN 1-55617-242-7.
- Кэмпбелл, Сильвестр Дж. (1987). Управление твердотельными двигателями переменного тока . Нью-Йорк: ISBN Marcel Dekker, Inc. 0-8247-7728-X.
- Яешке, Ральф Л. (1978). Управление системами передачи энергии . Кливленд, Огайо: Пентон / МПК.
- Сискинд, Чарльз С. (1963). Электрические системы управления в промышленности . Нью-Йорк: ISBN McGraw-Hill, Inc. 0-07-057746-3.
