 |
 |
|
|
Публикации
"Модернизация станочного парка. Замена электродвигателей постоянного тока на асинхронные с установкой частотного преобразователя"
С каждым годом на рынке электротехники и электроники появляется все больше новых аппаратов и устройств, способных качественно улучшить не только жизнь электриков и энергетиков, но работников производства, станочников и специалистов-инструментальщиков.Создание преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT, совершило прорыв в приводной электротехнике. На протяжении последних 10 – 15 лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многие отрасли экономики.
Первыми в очереди на замену стали привода подъемно-транспортных механизмов, но теперь, все чаще модернизируются и станки. Как правило, это токарные, фрезерные и деревообрабатывающие машины. Изначально они комплектовались двигателями постоянного тока, со всеми их недостатками и проблемами. Теперь же, используя, частотно регулируемый привод можно добиться отличных характеристик, работая на простых короткозамкнутых асинхронных двигателях переменного тока.
Частота вращения асинхронного двигателя (синхронная скорость) зависит от частоты питающей сети: Где p – число пар полюсов в обмотке статора. ω - частота вращения в радианах.
Для перехода в систему оборотов в секунду используется формула с коэффициентом перерасчета размерности: Или проще:
Таким образом, видно, что, изменяя частоту сети, мы можем управлять частотой вращения двигателя.
Механические характеристики асинхронного двигателя, как известно, зависят и от напряжения питания. Так максимальный момент, развиваемый на валу можно приблизительно вычислить по следующей формуле: Где k – постоянный коэффициент пропорциональности.
Эти основные формулы объясняют принцип работы частотного преобразователя. На рисунке 1, изображена классическая схема подключения преобразовательного устройства:
 Рис. 1 - Схема подключения преобразовательного устройства Где ПЧ - преобразователь частоты; ИО - исполнительный орган; ЧРП - частотно регулируемый электропривод.
Частотный преобразователь включается последовательно двигателю. Преобразование происходит посредством широтно-импульсной модуляции с высоким КПД (порядка 90-95%), благодаря новому поколению полевых транзисторов. Преобразователи такого типа автоматически изменяют и уровень выходного напряжения, согласно формуле максимального момента, приведенной выше. Благодаря этому, механическая характеристика привода остается постоянна вне зависимости от частоты питания двигателя.
Для станков очень важно соблюдать в разных режимах работы либо постоянство частоты вращения при разных моментах, либо, наоборот, постоянного момента при разных частотах вращения. С этими задачами успешно справляется частотный привод. При постоянстве перегрузочной способности на всем диапазоне регулирования частоты КПД у двигателя остается неизменным, что, несомненно, является дополнительным плюсом в использовании подобных систем.
Главной причиной для модернизации станков можно считать уход от двигателей постоянного тока, обеспечивающих вращение шпинделя. Машины постоянного тока (МПТ) обладают рядом недостатков, прежде всего, это наличие контактно-щеточного узла, очень капризного и быстро изнашиваемого. Токосъемные щетки, установленные на щеточную траверзу, стираются о пластины коллектора довольно быстро, в результате теряется контакт, образуется токопроводящая пыль, и, как следствие, снижается производительность и возникает опасность короткого замыкания («кругового огня на коллекторе»).
Не стоит забывать и о системе питания постоянным током. Не секрет, что всё электричество, как в быту, так и на производстве, доставляется к потребителю в виде переменного тока. Для того чтобы питать станки с МПТ необходимо устанавливать громоздкие выпрямители и преобразователи, которые снижают КПД системы, увеличивая расход электроэнергии, и требуют к себе дополнительного внимания обслуживающего персонала.
На станках старого образца, с двигателями постоянного тока существует проблема возбуждения двигателя. Как известно, управление МПТ осуществляется как со стороны якоря, так и со стороны индуктора (катушек возбуждения). Электроника, контролирующая ток возбуждения часто выходит из строя, что приводит к нарушению режима работы двигателя.
Все достоинства МПТ (регулирование частоты вращения и момента в большом диапазоне, малые пусковые токи, реостатный пуск) теперь полностью повторяются (а иногда и превосходятся) частотным приводом. Прежде всего, стоит отметить возможность плавного пуска асинхронного двигателя. Ахиллесова пята всех двигателей переменного тока повышенный (3-5 кратный) пусковой ток, который часто является причиной выхода из строя не столько самих двигателей, но и цепей их питания. С использованием преобразователя, пуск начинается с пониженной частоты, возрастающей по мере разгона, это очень похоже на пресловутый реостатный пуск МПТ, ток ограничивается, его максимальное пусковое значение снижается.
Для примера стоит рассмотреть вариант замены двигателя постоянного тока 2ПБ-160 на бумагорезательном станке УРМ
Как видно из таблицы, установка частотного преобразователя окупается для заказчика за 2 года.
В заключении хочется добавить, что на сегодняшний день многие владельцы переоборудуют свой парк станков с целью экономии не только на содержании и обслуживании техники, но и на электроэнергии. Новые разработки известных фирм, выпускающих частотные преобразователи, при грамотном проектировании модернизации позволяют оптимизировать технологический процесс и избежать перерасхода энергии. |
|
|
|
"Nassukin", 2008 |
|
|
