Частотно-регулируемые приводы как основа эффективного управления электродвигателями

Частотно-регулируемые приводы как основа эффективного управления электродвигателями

В постиндустриальную эпоху, начиная с 80-х годов ХХ века, асинхронный электропривод стал основным потребителем электрической энергии (свыше 60% электроэнергии в промышленности потребляется данными электродвигателями), как наиболее простой, за счет этого и дешевый, и надежный тип двигателя. Большинство секторов экономики стали использовать (или еще более нарастили) двигательную нагрузку в виде: насосных, компрессорных, вентиляционных и т.п. установок. Технологический процесс различных производств зачастую стал требовать изменения частоты вращения каких-либо исполнительных механизмов, например, когда расход водопотребления мал в магистральной сети, достаточно снизить частоту вращения ротора электродвигателя, который приводит в действие магистральный насос, тем самым снизив потребление воды.

В тоже время возникла тенденция к использованию энергосберегающих технологий, снижению потерь электроэнергии, в том числе и в силовых машинах. Ощутимый рост стоимости энергоресурсов, одержимость рационального их использования, а также бурное развитие электронной и вычислительной технике способствовали появлению устройств, предназначенных для экономного управления электродвигателями различного типа.

О том, как обеспечить максимально эффективное управление электроприводом, говорим сегодня.

Большая часть электрической энергии, потребляемой производственными и технологическими установками, используется для выполнения какой-либо механической работы. Для приведения в движение рабочих органов различных производственных и технологических механизмов преимущественно используются асинхронные электрические двигатели с короткозамкнутым ротором (в дальнейшем именно о данном типе электродвигателя и будем вести повествование). Сам электродвигатель, его система управления и механическое устройство, передающее движение от вала двигателя к производственному механизму, образуют систему электрического привода.

Наличие минимальных потерь электроэнергии в обмотках за счет регулирования частоты вращения двигателя, возможность плавного пуска за счет равномерного увеличения частоты и напряжения — это основные постулаты эффективного управления электродвигателями.

Ведь раньше и до сих пор существуют такие способы управления двигателем, как:

• реостатное регулирование частоты, путем введения дополнительных активных сопротивлений в цепи обмоток двигателя, последовательно закорачиваемых контакторами;
• изменение напряжения на зажимах статора, при этом частота такого напряжения постоянна и равна частоте промышленной сети переменного тока;
• ступенчатое регулирование путем изменения числа пар полюсов статорной обмотки.

Но эти и другие способы регулирования частоты несут с собой главный недостаток — значительные потери электрической энергии, а ступенчатое регулирование по определению является недостаточно гибким способом.

Для чего нужно регулировать обороты на УШМ

Любая болгарка конструктивно «заточена» на работу только с отрезным или зачистным кругом определенного диаметра. Всего существует шесть самых распространенных диаметров в интервале от 115 до 300 мм, которым соответствует шесть групп скоростей вращений шпинделя на холостом ходу. К примеру, болгарки с кругами Ø125 мм имеют частоту вращения порядка 11÷12 тыс. об/мин, а с кругами Ø150 мм — 9÷10 тыс. об/мин. Такие значения числа оборотов шпинделя обусловлены тем, что отрезные диски предназначены для высокопроизводительной обработки твердых материалов (металл, камень, керамика) на скоростях резания до 80 м/сек.

Однако при резке и в особенности шлифовке мягких и вязких материалов требуются совсем другие параметры резания и, соответственно, применение инструмента с регулятором скорости. Причем это касается не только древесины и пластмасс, но также сталей, сплавов титана и алюминия. Например, обработка пластиков и мягких сортов дерева происходит на скоростях резания от 8 до 12 м/сек, шлифовка сплавов титана и нержавейки — в пределах 15÷20 м/сек, и даже обычную сталь шлифуют не более чем при 30 м/сек. Поэтому скорость вращения шлифовальных насадок у болгарок должна быть меньше паспортной в несколько раз. При этом необходимо отметить, что в основной массе регуляторы оборотов УШМ по своей сути являются регуляторами мощности, подаваемой на электродвигатель болгарки. То есть снижение числа оборотов достигается уменьшением мощности источника на величину до 15 % от номинальной. Но для шлифовки и резки мягких материалов это не имеет большого значения, т. к. в этом случае изначально требуется небольшая мощность.