В чем преимущества применения комплектных электроприводов

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Комплектные электроприводы находят все более широкое применение во многих отраслях промышленности — станкостроительной, бумагоделательной, металлургической, машиностроительной и др. Распространение КЭП объясняется более низкой трудоемкостью при его разработке и изготовлении, сокращением времени на электромонтажные и наладочные работы, удобством в эксплуатации.  [1]

Комплектные электроприводы станков с ЧПУ.  [2]

Комплектные электроприводы включают в себя системы с силовыми кулачковыми контроллерами и магнитными контроллерами с цепями управления на переменном ( контакторы КТ 6000) и постоянном ( контакторы КТПВ 600 и КТП 6000) токе. Такое построение рядов электроприводов позволяет в каждом конкретном случае осуществить выбор наиболее приемлемой системы с учетом условий эксплуатации, предъявляемых требований по автоматизации управления, масс, габаритов и стоимости. Ряды электроприводов включают в себя все типы крановых двигателей с фазным ротором серии MTF и МТН для диапазона мощностей от 1 2 до 200 кВт и строятся отдельно для механизмов подъема и передвижения крановых устройств.  [3]

Комплектные электроприводы серии КТЭУ обладают широким спектром функциональных возможностей. Они выпускаются в одно — й многодвигательном вариантах реверсивного и нереверсивного исполнения как с динамическим торможением, так и без него. Электроприводы мощностью до 2000 кВт обеспечивают регулирование скорости, положения, ЭДС, мощности и натяжения, а мощностью до 12 000 кВт — только регулирование скорости и мощности. На основе этих КЭП могут быть реализованы электроприводы и со специальными характеристиками.  [4]

Комплектные электроприводы серий ЭКТ и КТЭ мощностью соответственно до 2000 и 1000 кВт имеют примерно те же функциональные возможности, что и серия КТЭУ, и отличаются набором и исполнением отдельных блоков.  [5]

Технические данные комплектных электроприводов с магнитными контроллерами будут рассчитаны по мере их освоения промышленностью.  [7]

Все комплектные электроприводы , характеристики которых приведены в данном разделе, позволяют осуществить управление ими сигналом 10 В постоянного тока.  [8]

В комплектных электроприводах используются встроенные та-хогенераторы, размещенные на одном валу с двигателем, при этом кроме указанных серий тахогенераторов используются машины типа СЛ.  [9]

В современных комплектных электроприводах реализуется функция технического диагностирования на стадиях настройки и рабочего функционирования.  [10]

В состав комплектного электропривода постоянного тока ( рис. 2.5) в общем случае входят управляемые выпрямители, обеспечивающие регулирование напряжений якоря и тока обмотки возбуждения. В таком варианте обеспечивается двухзонное управление скоростью электродвигателя.  [11]

Завод Мосгорсовнархоза выпускает комплектные электроприводы ПМУ с двигателями постоянного тока, получающими питание от магнитных усилителей с выходом на постоянном токе.  [12]

Щиты управления каждого комплектного электропривода устанавливают в непосредственной близости от соответствую — щих тиристорных щитов.  [14]

В шкафах электрооборудования находятся комплектные электроприводы , комплектные устройства питания и управления нагревательными колодцами. В зависимости от требуемой производительности комплекса применяют возвратно-поступательные или кольцевые ( эллиптические) системы слиткоподачи. Схемотехнический план нагревательных пролетов с пятью колодцами для двух систем слиткоподачи приведен на рис. 5.21, а, б, где 7 — манипулятор ( стал-киватель); 2 — приемный рольганг; 3 — слитковоз; 4 — пост оператора; 5 — нагревательные колодцы; 6 — рельсовый путь; 7 — источник электропитания слитковоза; / 0 — общая длина подъездных путей слитковоза; / ] — расстояние до приемного конца рольганга; / 2 — интервал между колодцами; / 3 — расстояние до конечной части пути; / 4 0 5 / 0; / 5 — расстояние до источника питания; / 6 — расстояние между путями.  [15]

Расчет и выбор комплектных электроприводов и их компонентов

Широкий спектр продукции, представленной на современном рынке регу­лируемых электроприводов, в сочетании с высокопроизводительными ком­пьютерными средствами автоматизации обеспечивает возможность решения прикладных задач автоматизации любого уровня сложности. Актуальной зада­чей, возникающей сегодня перед проектировщиком систем автоматизации типовых производственных механизмов и технологических комплексов, явля­ется расчет и выбор компонентов комплектных электроприводов машин и комплексов по следующим критериям, определяющим технические и эконо­мические показатели создаваемых систем:

Обеспечение требуемых технических характеристик системы; соответствие международным стандартам и положениям; экономичность принимаемых технических решений; надежность и универсальность;

Устойчивость к внешним факторам, действующим со стороны нагрузки, питающей сети, окружающей среды;

Оптимизация по критериям энерго — и ресурсосбережения; простота в обслуживании и ремонтопригодность.

Тщательная проработка технических решений при первоначальном расчете и выборе комплектного электропривода, как правило, помогает предотвра­тить появление проблем при пуско-наладке и дальнейшей эксплуатации элек­тропривода, а также снизить уровень затрат на внедрение системы.

Приведем общие положения, на которые необходимо обращать особое вни­мание при выборе электропривода переменного тока на базе асинхронного двигателя.

• Выбор номинальной мощности преобразователя частоты по номиналь­ной мощности двигателя не является достаточным. При выборе стандартных приводов в общем случае необходимо осуществлять проверку соответствия номинального тока двигателя номинальному выходному току преобразовате­ля, т. е. соблюдение условия /дв < /пр. Выбор мощности привода, предназначен­ного для механизма с постоянным моментом нагрузки, требует предваритель­ного анализа нагрузочной диаграммы этого механизма в целях проверки спо­собности преобразователя выдерживать ожидаемые перегрузки.

• Учет требуемого рабочего диапазона регулирования скорости двигателя. Ра­бота в области частот выше номинальной (50 Гц), как правило, возможна только при пониженном моменте двигателя, т. е. при Мт < Мт ном = (9550Рдв. ном)/ядв. ном (где Мдв. ном — номинальный момент двигателя, Н м; Ршном — номинальная мощность двигателя, кВт; «дв. ноч — номинальная частота вращения ротора дви­гателя, об/мин). Необходимо также учитывать, что максимальная частота вра­щения ротора определяется параметрами механической части двигателя. При работе двигателя в области низких частот с моментом, близким к номиналь­ному, необходимо учитывать параметры системы охлаждения двигателя. Во избежание перегрева, а следовательно, потерь мощности двигателя в этом режиме требуется использовать принудительную вентиляцию.

• Возможность работы привода в тормозном режиме с отдачей энергии торможения через модуль инвертора на звено постоянного тока. При проекти­ровании приводов подъемно-транспортных машин, устройств размотки мате­риала и прочих механизмов с большим моментом инерции, режим работы которых подразумевает быструю остановку или резкое снижение скорости, необходимо предусматривать тормозные модули (тормозные резисторы) либо модули рекуперации энергии торможения в питающую сеть.

• Учет длины силового кабеля для подключения двигателя. При превыше­нии допустимой длины кабеля требуется предусматривать специализирован­ный фильтр на выходе преобразователя частоты и учитывать дополнительные потери мощности в фильтре и питающем кабеле.

Для надежного функционирования электропривода необходимо обеспечить соответствие параметров питающей сети техническим характеристикам пре­образователя.

Допустимые отклонения номинальных параметров питающей сети. Преобра­зователи частоты, серийно выпускаемые фирмами — производителями при­водной техники, предназначены для эксплуатации в сетях с ограниченными значениями напряжения питания и частоты. Так, например, преобразователи частоты Simovert VC фирмы Siemens могут эксплуатироваться в сетях с следу­ющими рабочими диапазонами трехфазного переменного напряжения: от 200 В -15 % до 230 В +15 %; от 380 В -15 % до 480 В +10 %; от 500 В -15 % до 600 В +10 %; от 660 В -15 % до 690 В +15 %.

Номинальная частота питающего напряжения для данных преобразовате­лей должна лежать в пределах (50/60 Гц) ±6 %.

В некоторых случаях указанные пределы могут быть превышены. Например, питающее напряжение может резко возрасти на конечных участках длинных магистральных линий в вечерние часы и выходные дни, когда отключаются мощные потребители. При питании электроприемников от локальных источ­ников электроэнергии (например, дизель-генераторов) возможно значитель­ное снижение питающего напряжения. При проектировании электропривода необходимо проводить оценку возможных отклонений параметров питающей сети от номинальных.

Искажения в питающей сети. В большинстве случаев частота и напряжение питающей сети находятся в пределах нормы, однако периодически в сети возникают возмущения, которые могут привести к возникновению неисправ­ностей или выходу из строя преобразователя. Для предотвращения таких ситу­аций необходимо обращать внимание на следующие факторы: наличие обору­
дования для коррекции коэффициента мощности сети (так как, например, переключение ступеней конденсаторной установки может вызвать большие броски напряжения, которые часто являются причиной выхода из строя пре­образователей частоты); наличие мощного сварочного оборудования, осо­бенно контактных и высокочастотных сварочных аппаратов; наличие других приводов, полупроводниковых преобразователей электротермических систем и т. д. Современные преобразователи частоты способны выдерживать доволь­но интенсивные возмущения в питающей сети, например броски напряже­ния до 4 кВ. Однако перечисленное оборудование может вызвать более мощ­ные искажения. При невозможности устранения исходных причин искажений в питающей сети необходимо, как минимум, предусмотреть установку вход­ных сетевых дросселей в цепи питания преобразователей, а также ограничите­лей перенапряжений на базе варисторов. Необходимо наличие защиты преоб­разователя от коротких замыканий в сети и устройства грозозащиты.

Сети с изолированной нейтралью. Некоторые промышленные установки предназначены для работы в условиях повышенных требований к электробе­зопасности. Как правило, питание таких установок осуществляется от сетей с изолированной нейтралью. Использование преобразователей частоты в таких сетях возможно только при отсутствии входных помехоподавляющих фильт­ров. При наличии в преобразователе встроенного фильтра подавления элект­ромагнитных помех необходимо удалить конденсаторы фильтра, связанные с корпусом преобразователя. Для предотвращения нежелательных отключений преобразователя от замыкания выходной фазы на землю рекомендуется ис­пользовать устройство защитного отключения (УЗО).

Ограничения режимов со стороны двигателя. В стандартном исполнении асин­хронный двигатель охлаждается с помощью крыльчатки, вращающейся со скоростью вращения его вала. Этот способ охлаждения эффективен при рабо­те двигателя с номинальным моментом при номинальной скорости (зона 1 на рис. 3.8).

При работе в продолжительном режиме на пониженной скорости (зона 3) максимальный момент двигателя ограничен значением, равным 75 % номи­нального момента при нулевой частоте. Допустимый момент увеличивается до уровня номинального при увеличении частоты вращения до 50 % от номи­нального значения. При работе двигателя в данной зоне требуется применение вентилятора независимого обдува. Работа двигателя с увеличенным моментом (зона 2) обычно не продолжительна, так как ограничена перегрузочной спо­собностью преобразователя (обычно 150 % номинального тока преобразователя в те­чение 60 с) и не приводит к перегреву дви­гателя.

Рис. 3.8. Режимы работы системы ПЧ—АД под нагрузкой:

/ — зона работы с номинальным моментом при но­минальной скорости; 2 — зона работы с увеличен­ным моментом двигателя; 3 — зона продолжитель­ной работы на пониженной скорости

Рис. 3.9. Механические характеристики различных Mt нагрузок:

1 — с постоянным моментом, не зависящим от часто­ты; 2 — с переменным моментом, зависящим от час­тоты; 3 — с нелинейной зависимостью момента от ча­стоты

Работа стандартных асинхронных двигате — ^^^^

Лей в диапазоне частоты выше номинальной, %

Как правило, ограничена двойной номиналь­ной частотой вращения двухполюсного двигателя (6000 об/мин) вследствие наличия ограничений со стороны подшипников. Однако в данном режиме про­исходит снижение потока магнитного возбуждения (так как выходное напря­жение преобразователя ограничено значением входного напряжения), что влечет за собой уменьшение максимального момента двигателя пропорцио­нально повышению частоты вращения выше номинального значения. Если обмотки стандартного асинхронного двигателя с параметрами Л/А 380/220 В соединить треугольником (номинальное напряжение двигателя £/д„ ном = 220 В) и питать его через преобразователь частоты с номинальным входным напря­жением 400 В, номинальный момент можно обеспечить на частоте п< = — 1,73идвном.

Тип нагрузки механизма. Выбор системы преобразователь частоты—двига­тель определяется требованиями, предъявляемыми к диапазону регулирова­ния скорости, и характеристикой нагрузки приводного механизма. Соотноше­ние между частотой вращения п двигателя и моментом нагрузки Мп различно для разных классов машин и механизмов (рис. 3.9). Большинство из них могут рассматриваться как нагрузки с постоянным, не зависящим от частоты вра­щения моментом (прямая 1). Типичным примером таких механизмов являют­ся конвейеры, компрессоры и т. д.

Некоторые механизмы следует рассматривать как нагрузки с переменным моментом, зависящим от частоты вращения (кривая 2). Типичным приме­ром таких нагрузок служат центробежные насосы и вентиляторы. Момент нагрузки этих механизмов пропорционален квадрату частоты вращения, а потребляемая мощность соответственно пропорциональна частоте вращения в третьей степени. Данный факт означает, что снижение частоты вращения двигателя приводит к значительному снижению мощности, потребляемой механизмом, и соответственно обеспечивает экономию электроэнергии, что является основной причиной применения регулируемых электроприводов вен­тиляторов и насосов.

Некоторые механизмы имеют нелинейные зависимости момента нагрузки от частоты вращения (кривая 3). Выбор двигателя для таких механизмов тре­бует предварительного анализа их механических характеристик, так как необ­ходимо обеспечить достаточный запас по моменту двигателя для реализации всех требуемых режимов работы механизма. Отдельного рассмотрения требует режим пуска привода, т. е. выбранный двигатель должен обеспечивать доста­точный пусковой момент и момент, требуемый для ускорения механизма (см. подразд. 3.2.3).

Применение комплектного электропривода

Электрический привод — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса. Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности. Функциональная схема привода представлена на рисунке 6.1[12].

Рисунок 6.1 — Функциональная схема привода

§ регулятор (Р) предназначен для управления процессами, протекающими в электроприводе;

§ электрический преобразователь (ЭП) предназначен для преобразования электрической энергии сети в регулируемое напряжение постоянного или переменного тока;

§ электромеханический преобразователь (ЭМП) — двигатель, предназначен для преобразования электрической энергии в механическую;

§ механический преобразователь (МП) может изменять скорость вращения двигателя, а также характер движения (с поступательного на вращательное или с вращательного на поступательное);

§ упр — управляющее воздействие;

§ ИО — исполнительный орган.

§ Силовая часть или электропривод с разомкнутой системой регулирования.

§ Система управления электропривода.

Электрический привод классифицируется следующим образом:

По количеству и связи исполнительных, рабочих органов:

§ индивидуальный, в котором рабочий исполнительный орган приводится одним самостоятельным двигателем, приводом;

§ групповой, в котором один двигатель приводит в действие исполнительные органы РМ или несколько органов одной РМ;

§ взаимосвязанный, в котором два или несколько ЭМП или ЭП электрически или механически связаны между собой с целью поддержания заданного соотношения или равенства скоростей, или нагрузок, или положения исполнительных органов РМ;

§ многодвигательный, в котором взаимосвязанные ЭП, ЭМП обеспечивают работу сложного механизма или работу на общий вал;

§ электрический вал, взаимосвязанный ЭП, в котором для постоянства скоростей РМ, не имеющих механических связей, используется электрическая связь двух или нескольких ЭМП.

По типу управления и задаче управления:

§ автоматизированный ЭП, управляемый путём автоматического регулирования параметров и величин;

§ программно-управляемый ЭП, функционирующий через посредство специализированной управляющей вычислительной машины в соответствии с заданной программой;

§ следящий ЭП, автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа РМ с заданной точностью в соответствии с произвольно меняющимся сигналом управления;

§ позиционный ЭП, автоматически регулирующий положение исполнительного органа РМ;

§ адаптивный ЭП, автоматически избирающий структуру или параметры устройства управления с целью установления оптимального режима работы.

По характеру движения:

§ ЭП с вращательным движением;

§ линейный ЭП с линейными двигателями;

§ дискретный ЭП с ЭМП, подвижные части которого в установившемся режиме находятся в состоянии дискретного движения.

По наличию и характеру передаточного устройства:

§ редукторный ЭП с редуктором или мультипликатором;

§ электрогидравлический с передаточным гидравлическим устройством;

§ магнитогидродинамический ЭП с преобразованием электрической энергии в энергию движения токопроводящей жидкости.

По степени важности выполняемых операций.

§ главный ЭП, обеспечивающий главное движение или главную операцию (в многодвигательных ЭП) ;

Для некоторых механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме (краны, лифты), большую часть рабочего цикла двигатель работает на естественной характеристике и только относительно небольшое время работает на искусственной характеристике, обычно на пониженной частоте вращения. В этом случае потери электроэнергии на искусственной характеристике сравнительно невелики, так как мало время работы на ней. Поэтому здесь можно применять простые и дешёвые способы регулирования, даже если они вызывают повышенные потери мощности в обмотках. Поэтому, благодаря простоте реализации метода регулирования скорости путём изменения сопротивления в цепи ротора, такие электроприводы нашли наиболее широкое применение в крановых системах, и сейчас составляют основную часть находящихся в эксплуатации и выпускаемых промышленностью электроприводов. В то же время растет число электроприводов с плавным регулированием скорости, в первую очередь к ним относятся электроприводы по системам «тиристорный преобразователь — двигатель постоянного тока» (ТП-Д) и «преобразователь частоты — асинхронный двигатель» (ПЧ-АД).

Основными типами электродвигателей, которые используются для привода производственных механизмов с регулируемой скоростью движения рабочего органа, являются двигатели постоянного тока и асинхронные с короткозамкнутым или фазным ротором. Наиболее просто требуемые искусственные характеристики получаются у двигателей постоянного тока, поэтому до недавнего времени они преимущественно и находили применение для регулируемых электроприводов. С другой стороны, асинхронные двигатели, уступая двигателям постоянного тока по возможностям регулирования частоты вращения, по сравнению с последними проще в изготовлении и эксплуатации и имеют относительно меньшие массу, размеры и стоимость. Именно эти отличительные свойства асинхронных двигателей определили их главенствующее использование в промышленном нерегулируемом электроприводе. В настоящее время двигатели постоянного тока вытесняются короткозамкнутыми асинхронными двигателями с преобразователями частоты, а также синхронными двигателями с постоянными магнитами на роторе и шаговыми. Число выпускаемых двигателей постоянного тока составляет лишь 4-5 % числа двигателей переменного тока и неуклонно снижается[11].

Комплектный электрический привод постоянного тока

Наибольшее распространение получил КЭП постоянного тока. Он характеризуется широкой номенклатурой, и в его состав входят:

— ДПТ с тахогенератором;

— тиристорные преобразователи для питания обмотки возбуждения и якоря;

— силовой трансформатор или реактор;

— коммутационная и защитная аппаратура;

— устройство динамического торможения;

— схема управления ЭП;

— блоки питания обмотки возбуждения тахогенератора и электромагнитного тормоза;

— комплект аппаратов, приборов и устройств для управления и контроля состояния ЭП.

Электротехнической промышленностью выпускаются несколько серий КЭП постоянного тока. Например, комплектные электроприводы серии КТЭУ, обладающие широким спектром функциональных возможностей. Они выпускаются в одно- и многодвигательном вариантах реверсивного и нереверсивного исполнения как с динамическим торможением, так и без него. КТЭУ мощностью до 2000 кВт обеспечивают регулирование скорости, положения, ЭДС, мощности и натяжения; а КТЭУ мощностью до 12000 кВт – только регулирование скорости и мощности. На основе этих КЭП могут быть реализованы ЭП и со специальными характеристиками.

Функциональная схема КЭП серии КТЭУ приведена на рис3.1.

Рис.3.1. Функциональная схема комплектного электропривода типа КТЭУ

В силовую часть КЭП входят два комплекта управляемых выпрямителей UZ1 и UZ2 реверсивного тиристорного преобразователя ТП, обеспечивающего работу двигателя. Подключаются ЭП к сети переменного тока напряжением 380В автоматическим выключателем QF1 через реактор LF (первый вариант) или трансформатор (второй вариант). Автоматический выключатель QF2 осуществляет коммутацию и защиту силовых цепей выпрямленного тока. Для дистанционного включения цепи якоря по сигналам схемы управления предусмотрен контактор КМ.

Для динамического торможения двигателя используется резистор RV, который подключается к якорю М с помощью контактора KV.

Обмотка возбуждения двигателя LM питается от неуправляемого выпрямителя VD, подключенного к трансформатору Т1. Включение и защита цепи возбуждения осуществляется автоматом QF3. Для КТЭУ на номинальные токи якоря свыше 320А обмотка возбуждения питается от управляемого выпрямителя.

Для формирования требуемых статических характеристик в схеме КЭП предусмотрены обратные связи по скорости, току и напряжению. Обратная связь по скорости реализуется с помощью тахогенератора BR, имеющего обмотку возбуждения LBR. Коэффициент усиления обратной связи может регулироваться за счёт изменения (с помощью блока питания ABR) тока возбуждения тахогенератора.

Сигналы, пропорциональные току двигателя, снимаются с трансформатора тока ТА (переменный ток) и шунта RS1 (выпрямленный ток). Сигнал обратной связи по напряжению снимается с потенциометра RP1.

Сигналы обратных связей по координатам ЭП и технологическим параметрам рабочей машины поступают на вход системы управления (СУ) вместе с сигналами задания с пульта управления (ПУ). На основании этих входных сигналов СУ вырабатывает управляющий сигнал Uу, подаваемый на СИФУ тиристоров преобразователей UZ1 и UZ2, а также осуществляет управление электрическими аппаратами, входящими в состав схемы коммутации, защиты и сигнализации (СКЗС).

СКЗС является блоком, который обеспечивает коммутацию электрических цепей ЭП и выполнение функций защиты и сигнализации. Получая информацию от различных датчиков и аппаратов защиты, СКЗС выдаёт на пульт ПУ двухуровневые логические сигналы о положении коммутационных аппаратов, величине скорости ЭП и т.д. СКЗС управляет также работой блока питания электромагнитного тормоза YB.

Для получения информации о токах якоря и возбуждения ЭД в схеме используются соответственно амперметры РА1 и РА2, подключенные к шунтам RS1 и RS2. Для контроля подаваемого на якорь напряжения служит вольтметр PU.

Комплектные электроприводы серии ЭКТ и КТЭ имеют примерно такие же возможности, что и КТЭУ. Для привода станков и роботов разработана группа КЭП серии ЭТУ 3601, ЭТ3, ЭТ6, ЭТРП, ЭПУ1, ЭПУ2, ПРП, ЭШИР-1.В этих КЭП применяются высокомоментные двигатели типов ПБСТ, ПГТ, ПБВ, ДК1, обеспечивающие высокие динамические показатели работы.

Схемы управления большинства станочных КЭП построены по принципам подчиненного регулирования координат с регуляторами тока и скорости.

Комплектный электропривод переменного тока

Номенклатура КЭП переменного тока значительно уже постоянного. В качестве примера можно назвать КЭП серий ЭКТ и ЭКТ2 мощность от 19 до 66 кВ·А, привод серии «Размер 2М» применяют в станках с ЧПУ.