Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вентильный двигатель

Вентильный двигатель

Из Википедии — свободной энциклопедии

Вентильный электродвигатель (ВД) — это разновидность электродвигателя постоянного тока, у которого щёточно-коллекторный узел (ЩКУ) заменён полупроводниковым коммутатором, управляемым датчиком положения ротора.

Механическая и регулировочная характеристики вентильного двигателя линейны и идентичны механической и регулировочной характеристикам электродвигателя постоянного тока. Как и электродвигатели постоянного тока, вентильные двигатели работают от сети постоянного тока. ВД можно рассматривать как двигатель постоянного тока, в котором щёточно-коллекторный узел заменён электроникой, что подчёркивается словом «вентильный», то есть «управляемый силовыми ключами» (вентилями). Фазные токи вентильного двигателя имеют синусоидальную форму. Как правило, в качестве усилителя мощности применяется автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Вентильный двигатель следует отличать от бесколлекторного двигателя постоянного тока (БДПТ), который имеет трапецеидальное распределение магнитного поля в зазоре и характеризуется прямоугольной формой фазных напряжений. Структура БДПТ проще, чем структура ВД (отсутствует преобразователь координат, вместо ШИМ используется 120- или 180-градусная коммутация, реализация которой проще ШИМ).

В русскоязычной литературе двигатель называют вентильным, если противо-ЭДС управляемой синхронной машины синусоидальная, а бесколлекторным двигателем постоянного тока, если противо-ЭДС трапецеидальная.

В англоязычной литературе такие двигатели обычно не рассматриваются отдельно от электропривода и упоминаются под аббревиатурами PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) или BLDC (Brushless Direct Current Motor). Стоит отметить, что аббревиатура PMSM в англоязычной литературе чаще используется для обозначения самих синхронных машин с постоянными магнитами и с синусоидальной формой фазных противо-ЭДС, в то время как аббревиатура BLDC аналогична русской аббревиатуре БДПТ и относится к двигателям с трапецеидальной формой противо-ЭДС (если иная форма не оговорена специально).

Вообще говоря, вентильный двигатель не является электрической машиной в традиционном понимании, поскольку его проблематика затрагивает ряд вопросов, связанных с теорией электропривода и систем автоматического управления: структурная организация, использование датчиков и электронных компонентов, а также программное обеспечение.

Вентильные двигатели, сочетающие в себе надёжность машин переменного тока с хорошей управляемостью машин постоянного тока, являются альтернативой двигателям постоянного тока, которые характеризуются рядом изъянов, связанных со ЩКУ, таких как искрение, помехи, износ щёток, плохой теплоотвод якоря и пр. Отсутствие ЩКУ позволяет применять ВД в тех приложениях, где использование ДПТ затруднено или невозможно.

Высоковольтные двигатели большой мощности

Основные технические характеристики

Тип/серияSf 315÷710Sfw 560Sfw 710
Напряжение6000V±5%; 50Hz±2%
Режим работынепрерывный S1
Класс изоляцииF (VPI)
Температура окружающей среды-20°C. +40°C0°C. +40°C
Высота над уровнем моря≤1000 м
ЗащитаIP55
ОхлаждениеIC611IC81W
Механическое исполнениеIM1001 (B3)IM1102 (B3)
Пускот сети
Отверстия для крепления на стартере3 шт.
Коробка зажимовна боку корпуса (стандартное исполнение с правой стороны смотря от стороны привода)
Подшипники/смазкакачения / постоянная смазка (тип подшипника соответствует таблице 1*)подшипник скольжения / смазка маслом постоянная (тип подшипника соответствует таблице 1*)
Направление вращенияодно для Sf560 ÷ 710-1500 мин -1 ; для остальных любоеодно — в соответсвии с заказом
ВибрацияN (≤2.8 мм/с)
Термическая защита обмотки6хPt100 (2 шт./фаза)
Термическая защита подшипников2xPt100 (1 шт./подшип. узел)
Антиконденсатные грелкипод заказ
Цветсиний — RAL 5010
Материал корпусастальной сварной
Антикоррозионная защитастандартное исполнение, умеренный климат
Исполнение в соответствии с нормойPN-EN 60034-1

*Подробная информация по этим параметрам находится в прикрепленных pdf-файлах.

Назначение

Электродвигатель «Sf-E» и «Sfw» предназначен для эксплуатации в приводах, для собственных нужд, в ТЭЦ (насос, вентилятор, угольная мельница, ленточный конвейер и т.д) и для приводов с тяжелыми условиями пуска. Такой двигатель может второй раз подсоединяться при полной оппозиции фаз и 100% остаточного напряжения. Допускается 5000 пусков и 10000 реверсов.

Высокая степень безопасности допускает использование двигателя в загрязненной среде, где содержание пыли ≤ 10 мгр/м3. Исключено использовать такой двигатель в среде с содержанием паров щелочи, кислоты и взрывоопасных смесей. При работе на открытом воздухе необходимо защищать двигатель козырьком, во избежание попадания на него осадков (дождь, снег) и солнечных лучей.

Читать еще:  Электромагнитный регулятор оборотов двигателя

Автомобильные высоковольтные провода системы зажигания

Зажигание рабочей смеси в цилиндрах бензиновых двигателей внутреннего сгорания производится электрической искрой. Из соображений электробезопасности водителя и пассажиров на автомобиле применяется 12-вольтовое электрооборудование. Напряжение, снимаемое с генератора и аккумулятора, не в состоянии создать мощную искру. Проблему решают повышение напряжения, которое снимают с катушки зажигания. Последняя представляет собой хорошо известный в электротехнике повышающий трансформатор.

Особенности высоковольтной части системы зажигания

Провода для передачи высокого напряжения на свечи зажигания по сравнению с обычными обладают следующими особенностями:

  1. Повышенная электрическая прочность изоляции, рассчитанной на напряжения 40 кВ и обеспечиваемой на протяжении длительного срока эксплуатации.
  2. Выполнены в экранированном варианте, что делает возможным нормальное функционирование бортовых электронных устройств.

Необходимость последнего обусловлена тем, что высокое напряжение в цепях зажигания создается за счет скачкообразного изменения входного тока катушки. Резкий перепад напряжения расширяет спектр протекающего тока и при совпадении с рабочими частотами электронного оборудования появляются помехи, которые приводят к нарушению нормального функционирования.

Конструкция высоковольтного провода зажигания рассчитана на эксплуатацию в жестких условиях подкапотного пространства автомобиля. В первую очередь это широкий диапазон температур: от -40 до +100°С. Кроме того, провод обладает повышенной вибростойкостью.

Конструкция токопроводящей жилы

Имеется несколько вариантов конструктивного исполнения высоковольтного провода зажигания, которые отличаются в первую очередь исполнением токоведущего элемента.

Первыми применяли высоковольтные провода с многопроволочной жилой. Последняя состоит из нескольких, чаще семи тонких медных проволок, свитых между собой в форме канатика для обеспечения необходимой механической стабильности по изгибным воздействиям. Дополнительным плюсом от обращения к многопроволочной структуре становится улучшение вибрационных параметров кабеля. Погонное сопротивление такого кабеля составляет сотые доли ома на метр длины.

Второй вариант основан на гибком диэлектрическом сердечнике из обычных или кевларовых нитей с дополнительной пропиткой, который снабжен медной оплеткой из тонкой проволоки. Для разделительного слоя иногда применяется ферропластовая пленка, наличие которой демпфирует паразитные высокочастотные колебания. Такие изделия имеют среднее значение погонного сопротивления порядка одного – двух кОм/м.

Высокоомные высоковольтные провода с погонным сопротивлением в диапазоне 10 – 40 кОм/м имеют гибкий токопроводящий сердечник из натуральных или искусственных нитей с пропиткой или с графитовыми добавками. Для придания механической прочности в структуру сердечника вводятся дополнительные гибкие диэлектрические упрочняющие элементы.

Исполнение изолирующей оболочки

Изолирующая оболочка используется для предотвращения короткого замыкания жилы на массу и защищает ее от характерных для подкапотного пространства вредных воздействий: в первую очередь влаги, грязи, сажи и горюче-смазочных материалов.

По исполнению оболочки бывают однослойными и многослойными.

Дополнительные элементы

Назначение дополнительных элементов состоит в обеспечении простоты текущей эксплуатации высоковольтного кабеля. Представлены медными наконечниками и защитными колпачками, которые одеты на оба конца кабеля. Наконечник представляет собой кабельную часть разъемного соединителя. Резиновый или силиконовый колпачок блокирует прямой доступ к металлу и увеличивает пробивную стойкость изделия, не допуская попадания грязи на контакт.

Кабель с установленными на него такими элементами превращается в удобный для использования шнур, который подключается к распределителю и свечам простым линейным движением.

Особенность включения проводов с малым и средним погонным сопротивлением

Для защиты высоковольтной части системы зажигания последовательно с проводом, который имеет малое и среднее погонное сопротивление, включают балластный резистор. Его функция заключается в ограничении максимального тока, протекающего по кабелю в момент искрового разряда свечи.

Сопротивление резистора рассчитывается таким образом, чтобы при характерных для вторичной обмотки малых величинах тока, который подаётся на свечу, падение напряжения на нем при нормальном режиме работы было невелико. Таким образом, наличие этого дополнительного компонента не сказывается на функционировании системы зажигания. При пробое же изоляции, коротком замыкании и иных неисправностях, ток не может заметно возрасти из-за его ограничения резистором, что надежно защищает остальные элементы.

Резистор может располагаться в различных местах цепи. Изменение его местонахождения не сказывается на эффективности его функционирования.

Читать еще:  Бензиновый двигатель принцип его работы

Неисправности высоковольтных проводов зажигания

Главные признаки неисправности:

Возможные неисправности сводятся к двум группам: повышенному сопротивлению и утечкам тока.

Повышенное сопротивление или даже полное отсутствие контакта возникает при окислении взаимодействующих между собой токопроводящих элементов и отключении кабеляот свечи/катушки. Оба этих нежелательных события потенциально происходят на обоих концах провода зажигания, которые подлежат обязательной проверке. Причиной возникновения окисления часто становится чрезмерный нагрев и искрение.

Видео: Высоковольтные провода

Утечка тока. На практике наблюдается заметно большее разнообразие причин ее возникновения. Таковыми становятся загрязнение металлических токопроводящих компонентов высоковольтной части электрооборудования катушки зажигания и ее распределителя на одном конце. На противоположном конце провода опасно загрязнение контактов свечи и металлического наконечника высоковольтного провода, внутренней поверхности защитных колпачков.

Еще одна причина утечек — повреждения изоляции, которые происходят по различным причинам. Они не могут стать причиной короткого замыкания, но если в них набивается грязь, то появляется ток утечки.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Разновидности проверок

Контроль исправности высоковольтного провода осуществляется с помощью тестера и визуально.

Для проверки тестером (мультиметром) прибор переключают в режим омметра и подключают щупы к концам отключенного высоковольтного кабеля. Для низкоомного провода мультиметр должен показывать короткое замыкание, при среднем и большом погонном сопротивлении показания составляют единицы и даже десятки кОм, причем могут меняться при изгибе провода.

Повреждение изоляции и утечку лучше выявлять визуально. Для этого в гараже выключают свет, а у автомобиля фары, после чего заводят двигатель. Проскакивающие искры видны в темноте.

Вариантом визуальной проверки является контроль проводом с двумя зачищенными концами. Один конец соединяют с массой, а вторым водят по оболочке провода. В месте повреждения проскакивает искра.
Неисправный провод не ремонтируется и заменяется на новый.

Стоп! Высокое напряжение?

1 января 2005

Постоянным читателям журнала «Энергосбережение» хорошо известно (см. статью «Проверенные решения становятся стандартом» №1, 2004), что компания АДЛ поставляет преобразователи частоты, мягкие пускатели, мониторы нагрузки на валу производства фирмы Emotron АВ, напряжением 220, 380, 500, 690 В и мощностями до 1 МВт. Стоп, ведь советская промышленность, а вслед за ней и российская, до последнего времени производила асинхронные электродвигатели, напряжением 380/690 В на мощности только до 400 кВт. Остальные двигатели, мощностью более 315 кВт, выпускались на напряжение 2, 3, 6, 10 кВ.

Раньше использование высоковольтного оборудования было оправдано относительно низкими токами и соответственно небольшими сечениями токопроводов. В настоящее время массовое производство низковольтных преобразователей частоты сделало их относительно дешевыми и доступными, но для высокого напряжения это далеко не так.

Существует несколько вариантов применения преобразователей частоты для асинхронных высоковольтных электродвигателей, но самый экономный вариант — замена высоковольтного двигателя на низковольтный (рис. 1). Да, на сегодняшний день российская промышленность идет навстречу потребителям и предлагает низковольтные двигатели до 1 МВт. Конечно, придется поставить еще и понижающий трансформатор, но это не представляет большой сложности. Использование такого варианта помогает оптимально решать проблемы в условиях, когда модернизация оборудования уже необходима, а средств на приобретение нового не хватает. Западноевропейский опыт подтверждает нашу точку зрения, ведь там высоковольтный привод встречается очень редко.

Рассмотрим систему высоковольтного электропривода с заменой двигателя подробнее. Во-первых, данная схема обеспечивает наилучшее соотношение массогабаритных показателей привода. Во-вторых, падение напряжения на участке преобразователь-двигатель будет минимальным. В третьих, использование ограничителя перенапряжения обеспечит защиту двигателя от перенапряжения и крутых фронтов тока. К преимуществам системы также можно отнести 100 % управляемость от 0 до 50 Гц и выше и отсутствие ограничений по длине кабеля двигателя. Однако «сердцем» и «мозгом» системы остается преобразователь частоты.

Если взглянуть на предлагаемые в России марки низковольтных преобразователей частоты, то их можно насчитать около трех десятков. Для потребителя есть определенная проблема выбора. В случае с фирмой Emotron АВ мы имеем линейку низковольтных преобразователей частоты типа FDU до 1 МВт. Этот преобразователь был специально разработан для механизмов с квадратичной нагрузкой (т. е. давление растет в квадрате от расхода). Приведем лишь основные отличия преобразователей частоты типа FDU от большинства имеющихся на российском рынке:

Читать еще:  Что такое динамическая характеристика двигателя

  • Векторный расчет скорости позволяет оптимизировать магнитный поток асинхронного двигателя и добиться дополнительной экономии электро энергии.
  • Алгоритм управления общий для всей серии, понятный и простой интерфейс пользователя (встроенный ЖК-дисплей и клавиатура).
  • Встроенные фильтры ЕМС (электромагнитной совместимости). Дело в том, что любой преобразователь частоты является сильным источником радиопомех. Но есть методы для уменьшения величины этих помех, например: добавление дросселей на выходе преобразователя и укладка кабеля в металлорукав. Такие меры, конечно, снизят помехи, но в существующие нормы ЕМС все равно попасть не позволят. Большинство производителей преобразовательной техники экономит на дросселях и фильтрах (существует как опция), а преобразователь серии FDU имеет дроссель в цепи постоянного тока и фильтр радиопомех, что позволяет ему при подключении экранированным кабелем поддерживать индустриальный стандарт ЕМС.
  • Металлический корпус преобразователя также можно отнести к преимуществам, особенно для российских условий эксплуатации.
  • Специализированная функция управления группой электродвигателей (pump option) позволяет стандартному преобразователю, без использования дополнительного контроллера, управлять группой до трех насосов, а с дополнительной платой расширения — до семи.
  • Наличие дополнительного контроля нагрузки на валу асинхронного электродвигателя позволяет предотвратить не только заклинивание, но и сухой ход, холостой ход, обрыв муфты насоса и обрыв ремня вентилятора. Эта функция позволяет отказаться от установки дополнительных реле давления, перепада давления или потока.
  • Встроенный вход для термодатчиков РТС позволяет дополнительно контролировать температуру электродвигателя. Например, это может быть актуально в насосах, перекачивающих горячую воду, или вентиляторах котельных.

В результате получился достаточно простой и функциональный преобразователь (и как ни стран но относительно дешевый).

Иногда высоковольтный электропривод представляет собой группу электродвигателей, например сетевые насосы. В таких случаях к решению проблемы лучше подходить комплексно, рассматривая группу как единое целое. Если взять за основу утверждение, что чем меньше двигатель, тем меньше минимальное потребление электроэнергии, то иногда имеет смысл поменять один большой насос на два меньшей мощности и производительности.

Таким путем уже давно идут известные производители насосных станций повышения давления, где стандартное количество насосов часто превышает 3 шт. Последовательный ввод в работу насосов в одной группе называется каскадным управлением. Обычная схема каскадного управления строится следующим образом: один преобразователь частоты контролирует один насос и наблюдает за изменением давления всей системы. В случае если производительности этого насоса не хватает, последовательно включаются остальные. Однако пуск каждого следующего насоса будет вызывать гидроудар. Чтобы избежать этого, мы рекомендуем устанавливать мягкие пускатели.

Кроме того, энергосберегающий эффект от установки мягких пускателей, которые не имеют возможности регулировать производительность насосов/вентиляторов, может составить до 10 % от потребляемой электроэнергии, за счет небольшого снижения напряжения (см. статью «Мягкие пускатели: что будем экономить?» № 4, 2002). В системах с постоянным мастером (преобразователь частоты всегда работает с одним насосом, без переключения на другие) использование мягких пускателей позволяет полностью отказаться от контакторов или магнитных пускателей, изза ненадежности которых и происходит большинство отказов.

Подводя итоги, хочется отметить, что было бы неправильно считать, что проекты с низковольтными двигателями мощностями более 250 кВт редкий случай. Исторически сложилось так, что с преобразователями частоты такой мощности от фирмы Emotron AB знакомы в основном в нефтегазовой отрасли, где эксплуатируются преобразователи от 250 до 630 кВт напряжением 380 В и 800 кВт – 690 В. Например, Славнефть имеет насосную станцию на 315 кВт и два 250 кВт, 380 В. Водоканалы и тепловые сети все чаще обращают внимание на низковольтное решение: два преобразователя частоты на 250 кВт установлены водоканалами Свердловской области, 315 кВт — тепловыми сетями Владивостока. Эти данные позволяют оптимистически оценивать перспективы использования низковольтныхпреобразователей мощностью более 250 кВт и до 1 МВт.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector