Что такое приводной двигатель переменного тока?

Что такое приводной двигатель переменного тока

Ан приводной двигатель переменного тока представляет собой электродвигатель, работающий на переменном токе и соединенный с преобразователем частоты, блоком управления, который регулирует напряжение и частоту, подаваемые на двигатель, поэтому его скорость и крутящий момент можно изменять во время работы. Вместо вращения с одной фиксированной скоростью, напрямую связанной с частотой сети, двигатель реагирует на управляющий сигнал, который повышает или понижает скорость вращения в соответствии с тем, что действительно необходимо машине или процессу в данный момент. Такое сочетание двигателя и привода отличает приводной двигатель переменного тока от обычного двигателя переменного тока с фиксированной скоростью, подключенного напрямую к сети.

Практическая ценность этой установки проявляется в использовании энергии и механическом управлении. Насос или вентилятор, которому необходимо работать на частичной мощности только часть смены, можно замедлить, а не дросселировать с помощью клапана или демпфера, что снижает потребление электроэнергии и снижает механическую нагрузку на подключенное оборудование. Поскольку крутящий момент и ускорение могут регулироваться электронным способом, тот же двигатель может также плавно запускать нагрузки, избегая скачков тока и механических ударов, которые возникают при прямом запуске.

Как работает регулирование переменной частоты

Привод преобразует входную мощность переменного тока в постоянный ток, а затем преобразует ее в новую форму сигнала переменного тока с частотой, выбранной настройками управления. Этот процесс обычно называется широтно-импульсной модуляцией. Поскольку синхронная скорость двигателя переменного тока пропорциональна частоте источника питания, изменение этой частоты приводит к изменению скорости вращения двигателя. Двигатель, рассчитанный на 60 Гц например, работа выполняется примерно вдвое быстрее, когда привод подает на нее 30 Гц , и эта зависимость сохраняется в широкой части используемого диапазона частот.

Напряжение регулируется вместе с частотой, чтобы поддерживать магнитный поток внутри двигателя в рабочем диапазоне. Этот метод часто называют контролем «вольт на герц». Отклонение от этого соотношения на низких скоростях может привести к перегреву двигателя или потере крутящего момента, поэтому приводы включают в себя логику компенсации для поддержания адекватного намагничивания, даже когда двигатель работает значительно ниже своей номинальной скорости. Более продвинутые приводы используют векторное управление или оценку магнитного потока без датчиков для поддержания стабильного крутящего момента даже при изменяющихся нагрузках, что имеет значение в таких приложениях, как конвейеры, которые запускаются при полной нагрузке, или подъемники, требующие точного позиционирования.

Основные компоненты и материалы

Внутри корпуса двигателя неподвижный статор, намотанный медными катушками, генерирует вращающееся магнитное поле, в то время как ротор — обычно конструкция с «беличьей клеткой», изготовленная из ламинированной кремниевой стали со встроенными алюминиевыми или медными стержнями — вращается в ответ на это поле. Пластины уменьшают потери на вихревые токи, что обеспечивает охлаждение двигателя и повышает эффективность по сравнению с цельными железными сердечниками. Подшипники поддерживают вал ротора и выбираются в зависимости от направления и скорости нагрузки; закрытые шарикоподшипники обычно используются в промышленных двигателях, в то время как в более крупных агрегатах могут использоваться роликовые подшипники, рассчитанные на более тяжелые радиальные нагрузки.

Изоляция обмотки классифицируется по температуре, которую она может выдержать до разрушения, и этот рейтинг определяет, какой тепловой запас имеет двигатель во время непрерывной работы. В таблице ниже приведены наиболее часто используемые классы изоляции и соответствующие им температурные пределы.

Типы двигателей, используемые с приводами переменного тока

Асинхронные двигатели обычно используются в паре с преобразователями частоты из-за их простой конструкции и устойчивости к широкому диапазону скоростей. Синхронные двигатели с постоянными магнитами используются там, где требуется более высокий КПД при частичной нагрузке или меньшая занимаемая площадь, поскольку магнитное поле ротора не зависит от наведенного тока. Менее распространенной, но все более актуальной категорией являются погружные или масляные двигатели, в которых ротор и статор находятся внутри ванны с гидравлической жидкостью, а не на открытом воздухе, что меняет способ управления теплом и смазкой внутри агрегата.

1. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, используемые в насосах, вентиляторах и приводах конвейеров.
2. Синхронные двигатели с постоянными магнитами, используемые там, где важны компактный размер и постоянный крутящий момент на низкой скорости.
3. Двигатели с фазным ротором, используемые в приложениях, требующих регулируемого пускового момента.
4. Маслонаполненные погружные двигатели, используемые в компактных гидроагрегатах.

Конструкция масляного двигателя в гидравлических агрегатах

Одним из примечательных вариантов стандартного приводного двигателя переменного тока с воздушным охлаждением является погружная конструкция, в которой и ротор, и статор работают полностью погруженными в гидравлическую жидкость, а не на открытом воздухе. Поскольку гидравлическая жидкость отводит тепло от обмоток гораздо эффективнее, чем воздух, эта конструкция позволяет избежать тепловых узких мест, которые ограничивают производительность в непрерывном режиме в традиционных агрегатах с воздушным охлаждением. Двигатели, построенные таким образом, обычно работают в диапазоне мощности примерно от 550 Вт до 3000 Вт и может выдерживать длительную работу без перегрева, которое в противном случае привело бы к сокращению рабочего цикла.

Жидкостная ванна также обеспечивает непрерывную смазку внутренних подшипников, что снижает трение и износ по сравнению с конструкциями, смазываемыми консистентной смазкой, и устраняет необходимость в уплотнениях вала, которые в противном случае изнашивались бы от вращающейся поверхности. Совместный эффект обеспечивает заметно более тихую работу, что делает этот тип двигателя подходящим для лабораторных условий или установки внутри помещений, где уровень шума должен оставаться низким. Чтобы выдерживать постоянный контакт с жидкостью, во внутренней проводке используется масло- и термостойкий проводниковый материал с изоляцией, обычно класса B или F, что защищает электрическую систему от постепенной коррозии. Физический размер этих единиц обычно находится между 158 мм и 235 мм , а сам корпус часто имеет открытый класс защиты IP00, поскольку окружающий его гидравлический резервуар обеспечивает вторичную защиту окружающей среды, которую обычно обеспечивает герметичный корпус. Эта конструкция используется в гидравлических силовых агрегатах общего назначения, где двигатель напрямую приводит в движение гидравлический насос и использует двойную роль жидкости в качестве охлаждающей и смазывающей жидкости.

Где применяются двигатели переменного тока

Приводные электродвигатели переменного тока с регулируемой скоростью используются везде, где для процесса требуется регулируемый поток, давление или движение, а не один фиксированный выходной сигнал. На водоочистных станциях насосы, приводимые в движение этими двигателями, регулируют расход в соответствии с потребностями в течение дня, вместо того, чтобы постоянно работать на полную мощность. В системах HVAC двигатели вентиляторов замедляются в периоды снижения потребности в охлаждении, что снижает как энергопотребление, так и шум в воздуховодах. Станки используют двигатели шпинделя с приводом для изменения скорости резания в зависимости от материала и геометрии инструмента, а упаковочные линии используют их для синхронизации скорости конвейера с оборудованием, расположенным выше и ниже по потоку.

Гидравлические силовые агрегаты, построенные на основе компактных погружных двигателей, используются в таком оборудовании, как подъемные платформы, вспомогательные системы литья под давлением и мобильные гидравлические инструменты, где автономный малошумный источник энергии предпочтительнее, чем двигатель и насос с раздельным охлаждением. Приложения общего машиностроения в производственном секторе также полагаются на приводные двигатели переменного тока для работы компрессоров, смесителей и погрузочно-разгрузочного оборудования, регулируя скорость в зависимости от размера партии или изменения этапов процесса.

Рекомендации по техническому обслуживанию

Плановое техническое обслуживание приводных двигателей переменного тока сосредоточено на контроле температуры обмотки, периодической проверке сопротивления изоляции и очистке путей охлаждения от пыли и мусора в конструкциях с воздушным охлаждением. Интервалы смазки подшипников зависят от рабочего цикла и температуры окружающей среды, а анализ вибрации может выявить износ подшипников до того, как он приведет к выходу из строя. Для погружных двигателей состояние жидкости имеет такое же значение, как и электрические проверки; гидравлическое масло следует проверять на наличие загрязнений и доливать или заменять в соответствии с графиком производителя оборудования, поскольку ухудшение качества жидкости влияет как на эффективность охлаждения, так и на качество смазки.

Сигналы, которые стоит отслеживать во время работы

Необычный шум, повышение рабочей температуры за пределы номинального диапазона двигателя или изменение потребляемого тока при заданной нагрузке — все это признаки, которые стоит изучить, прежде чем они перерастут в более серьезную проблему. Параметры привода, такие как выходная частота и пределы крутящего момента, обычно регистрируются автоматически, что дает обслуживающему персоналу возможность сравнить записи с базовыми показаниями, полученными при первоначальном вводе оборудования в эксплуатацию.