Номера

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

Главная / №4 (28) Июль-Август 2009 / Статьи и обзоры оборудования

Уникальная новинка на рынке силового электропривода

Технический прогресс в области силовой электроники, микропроцессорных систем управления и высокоэнергетических магнитных материалов привел к тому, что современный электропривод по энергетическим характеристикам вплотную приблизился к теоретическому максимуму, определяющемуся конструкцией электрических машин. Привод без регулирования скорости или с неэкономичными способами регулирования уступает место приводам с частотным регулированием, которые обеспечивают высокий КПД в широком диапазоне работы. Казалось бы, прогресс механических элементов систем привода замедлился? Тем не менее, существует ряд областей применения, в которых не представляется возможным рациональным образом использовать электродвигатель и редуктор с постоянным передаточным отношением:

  • приводы с очень высокой кратностью пускового момента (подъемно-транспортные механизмы, различные механизмы, работающие на открытом воздухе при низких температурах);
  • приводы с очень высокими кратковременными перегрузками, допускающие снижение скорости при возникновении перегрузки (объемные насосы для перекачки многофазных сред, дробилки, мешалки);
  • приводы с частым запуском высокоинерционной нагрузки (центрифуги);
  • распределенные многодвигательные приводы (длинные конвейеры).

В первых двух перечисленных случаях электропривод с постоянным передаточным отношением редуктора не может быть оптимизирован сразу для всех режимов работы. Как правило, при проектировании таких приводов электродвигатель и редуктор подбирают под максимальный крутящий момент нагрузки, а в основных рабочих режимах привод существенно недоиспользуется по мощности. Масса, установленная мощность, а значит, и стоимость всех компонентов электропривода с постоянным передаточным отношением редуктора растут вместе с повышением его перегрузочной способности. Значения пускового и критического момента асинхронного электродвигателя, как правило, не превышают номинальный момент больше, чем в 2-3 раза. Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением, современные синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, а также вентильно-индукторные электродвигатели обладают несколько более высокой перегрузочной способностью, но имеют существенно большую стоимость. Другим негативным последствием недоиспользования привода по мощности является существенное снижение его КПД. Снижение КПД и коэффициента мощности на малых нагрузках особенно сильно проявляется в асинхронном электроприводе с прямым включением в сеть, поскольку ток холостого хода достигает 40% номинального тока. Применение современных преобразователей частоты с функцией энергосбережения позволяет частично компенсировать этот недостаток.

Ротор электродвигателя в составе привода, работающего на высокоинерционную нагрузку, в процессе пуска длительно разгоняется вместе с приводимым механизмом (например, центрифугой). Время разгона механизма при постоянном передаточном отношении редуктора больше, чем можно было бы обеспечить, заменив редуктор вариатором, способным непрерывно изменять передаточное отношение в процессе разгона.

Существуют нерегулируемые системы распределенного многодвигательного электропривода, например, приводы длинных конвейеров. Асинхронные электродвигатели с жесткой механической характеристикой плохо работают в подобных системах, поскольку нагрузка распределяется между ними в неравной пропорции. Этому способствуют как неравенство скоростей различных участков приводимой системы, возникающее вследствие деформаций и неточности их изготовления, так и разброс номинального скольжения двигателей, работающих в составе этого привода. Для решения этой проблемы традиционно используются либо двигатели с увеличенным скольжением и ухудшенным КПД, либо сложные системы управления электроприводами с обратной связью по току.

Адаптивный дисковый планетарный вариатор конструкции  д. т.н. проф. Н. В. Гулиа позволил создать принципиально новый класс электропривода, обладающий мягкой внешней механической характеристикой с очень высоким пусковым моментом, перегрузочной способностью и возможностью автоматического регулирования передаточного отношения при любых изменениях нагрузки. Конструкция вариаторов оптимизирована для достижения высокого КПД в широком диапазоне режимов работы.

Уникальный адаптивный привод Combarco предназначен для оптимального решения перечисленных выше задач.

Замена переразмеренного асинхронного привода на адаптивный привод Combarco позволит добиться следующих преимуществ:

  • снижение энергопотребления на 5...20%;
  • снижение пусковых токов в 5...10 раз;
  • улучшение коэффициента мощности;
  • снижение массы привода;
  • увеличение долговечности технологического оборудования.

Нерегулируемый адаптивный привод Combarco представляет собой комбинацию асинхронного электродвигателя и адаптивного вариатора. Привод обладает мягкой характеристикой с 10...15 кратной перегрузочной способностью по крутящему моменту (рис. 1).

Мягкая механическая характеристика обеспечивается тем, что адаптивный вариатор автоматически увеличивает передаточное отношение при увеличении нагрузки на выходном валу, при этом его частота вращения пропорционально снижается.

Сравнение адаптивного привода Combarco с традиционным асинхронным электроприводом (на примере типоразмера IEC 225М4)
Показатель Асинхронный привод с прямым включением в сеть Асинхронный привод с преобразователем частоты Нерегулируемый адаптивный привод Combarco Регулируемый адаптивный привод Combarco
Номинальная мощность привода 45 кВт 45 кВт 7,5 кВт 9,2 кВт
Пусковой крутящий момент 580 Нм  580 Нм  760 Нм  760 Нм 
Максимальный продолжительный крутящий момент 290 Нм при 1470 об/мин 290 Нм при 0...1470 об/мин 290 Нм при 0...1470 об/мин 303 Нм при 30...200 об/мин
Пусковой ток 722 А  - 100 А  -
КПД при малой нагрузке 0,73 при 1470 об/мин и 62 Нм  0,83 при 1470 об/мин и 62 Нм (энергосберегающий режим ПЧ)  0,87 при 1100 об/мин и 62 Нм  0,85 при 1450 об/мин и 62 Нм 
КПД при большой нагрузке и малой частоте вращения - 0,5 при 150 об/мин и 290 Нм  0,62 при 120 об/мин и 328 Нм  0,6 при 150 об/мин и 328 Нм 
Мощность преобразователя частоты - 45...55 кВт - 11 кВт
Масса электропривода 290 кг  337 кг  126 кг  138 кг 

Мощность и частота вращения вала электродвигателя при этом не изменяются. Таким образом, адаптивный вариатор позволяет развить приводу высокий пусковой момент и момент на малых частотах вращения, не создавая дополнительных нагрузок на электродвигатель и питающую сеть. При снижении нагрузки вариатор автоматически уменьшает передаточное отношение, и частота вращения выходного вала увеличивается.

Регулируемый адаптивный привод Combarco представляет собой комбинацию асинхронного электродвигателя, адаптивного вариатора и специализированного преобразователя частоты. За счет применения преобразователя частоты привод может регулироваться по частоте вращения со статической точностью 0,5% в пределах области продолжительных режимов работы (рис. 2).

При работе с предельными нагрузками привод обладает мягкой характеристикой с 10...15 кратной перегрузочной способностью по крутящему моменту. В ряде применений регулируемый адаптивный привод способен заменить собой асинхронный привод с преобразователем частоты гораздо большей мощности (до 5 раз).

В настоящее время ЗАО «Комбарко» осуществляет опытно конструкторские работы на семейство адаптивного привода с высотой оси вращения 225 мм и мощностью 5,5- 11 кВт. По величинам максимального крутящего момента эти приводы способны заменить асинхронные приводы мощностью 30-55 кВт в перечисленных сферах применений.

Дальнейшие работы компании предусматривают создание гаммы приводов мощностью до 30 кВт, которыми можно будет заменить всю гамму низковольтных общепромышленных асинхронных двигателей с высотой оси вращения до 315 мм. 

Н. В. ГУЛИА, директор по НИОКР ЗАО «Комбарко»,
д.т.н., проф.
В. В. ДАВЫДОВ,
главный конструктор ЗАО «Комбарко»