Частотно-регулируемый привод с синхронными двигателями на постоянных магнитах

Основные сведения

Системы частотно регулируемого привода с синхронными двигателями на постоянных магнитах благодаря своим преимуществам являются наиболее современной и прогрессивной альтернативой традиционным редукторным системам привода с асинхронными двигателями.

Система состоит из синхронного двигателя на постоянных магнитах (СДПМ) и специального преобразователя частоты (ПЧ), позволяет реализовать контролируемый пуск нагрузки и регулирование скорости вращения путем преобразования частоты, значительно повысить экономичность, надежность и безопасность работы всей системы привода при меньших занимаемых размерах. Применение приводов с постоянными магнитами, позволяет отказаться от редуктора и муфт, полностью устранить связанные с этим недостатки.

Важно знать

Частотно-регулируемый привод с синхронными двигателями на постоянных магнитах вместе со всеми своими плюсами, имеет один недостаток — он дороже традиционного асинхронного двигателя. Чем меньше мощность, тем существеннее разница в цене, и наоборот, чем выше мощность тем разница в цене ниже.

Традиционные асинхронные редукторные электроприводы имеют ряд недостатков, в т.ч.:

1. Связанные с редуктором

• Редуктор является наиболее массивным и дорогостоящим элементом электропривода, требующим дополнительного пространства.
• Механические передачи нуждаются в смазке, охлаждении и постоянном техническом обслуживании.
• Доля поломок редукторов составляет 4,7 до 18% от общего числа поломок.
• При постепенном износе редуктора возникают дефекты в сопряжении передач и соосности валов двигателя и редуктора, увеличиваются динамические нагрузки и вибрация подшипников и вал-шестерни в области, примыкающей к соединительной муфте, что приводит к снижению КПД всей системы электропривода.
• Среднее время отказа шестерней редуктора электропривода составляет 3-4 года. Замена вышедших из строя подшипников требует капитального ремонта каждые 8-10 лет.
• Если срок эксплуатации приводного оборудования в среднем 20-25 лет, то срок эксплуатации редуктора около 10 лет.
• Зубчатые передачи редуктора ограничивают мощность вращения, средний КПД конических и цилиндрических редукторов 87-92%.

2. Связанные в целом с системой:

• Большое число промежуточных компонентов, каждый из которых вносит дополнительные потери и повышает вероятность возникновения отказов, как следствие, снижает эффективность и надежность электропривода в целом;
• Большое занимаемое пространство;
• Механические передачи, минеральные масла в турбомуфте и смазочные материалы редуктора являются возможными источниками возгорания;
• Издаваемые при работе большого количества звеньев шумы и вибрации негативно влияют на рабочий персонал, кроме того создают дополнительную травмоопасность
• Высокие расходы на ремонт и техобслуживание;
• При отсутствии ПЧ постоянная работа приводного двигателя на номинальной мощности связана с неоправданными затратами электроэнергии.

Преимущества системы ЧРП с СДПМ:

1. Высокая безопасность и надежность

• Применение безредукторной технологии для прямой передачи крутящего момента снижает количество отказов системы более чем на 80%
• Интеллектуальный привод с преобразованием частоты, плавная работа и низкие электрические и механические возмущения продлевают срок службы оборудования, снижают количество отказов;
• Низкая вибрация и низкий уровень шума;
• Исключение источников возможных возгораний в виде легковоспламеняющихся минеральных масел в гидромуфтах и смазочных материалов редуктора;
• Снижение количества внешних подвижных частей, что снижает травмоопасность для персонала и упрощает техническое облуживание.

2. Высокая энергоэффективность, низкие токи

• СДПМ имеет более высокий КПД по сравнению с асинхронными двигателями, высокий коэффициент мощности, широкий диапазон регулирования нагрузки;
• Уменьшение количества звеньев электропривода и прямая передача крутящего момента повышает общий КПД электропривода;
• Отсутствие промежуточных звеньев передачи увеличивает эффективность передачи на 15-30%.
• Скорость двигателя можно регулировать в соответствии с технологическими требованиями, что обеспечивает наиболее экономичный режим работы приводного механизма.
• Эксплуатационный ток СДПМ линейно пропорционален нагрузке.

3. Большой пусковой момент, высокая перегрузочная способность

• Двигатель запускается при номинальном крутящем моменте;
• Способен выдерживать перегрузки с кратностью до 3-ех

4. Низкие эксплуатационные расходы

• Благодаря повышению энергоэффективности и частотному регулированию расходы на электропотребление снижаются на 15-30%;
• Благодаря снижению количества промежуточных узлов и повышению надежности и стабильности работы системы, расходы на техническое обслуживание и ремонт могут быть снижены на 50%.

5. Компактность

• Системы ЧРП с СДПМ по сравнению с традиционными редукторными приводами в среднем занимают 55% меньше места, имеют на 39,5% меньшую массу.

6. Большое количество возможных режимов работы

• Приводы поддерживают различные режимы работы, такие как работа с постоянным крутящим моментом и работа с постоянной скоростью.
• Поддерживается несколько скоростных режимов в зависимости от величины нагрузки, что обеспечивает широкий диапазон регулирования скорости.

7. Подключение к общезаводской системе управления

• Интеллектуальный специальный привод поддерживает разные протоколы связи и имеет разные порты связи.
• Возможно соединение с общезаводской системой управления.

8. Комплексная система защит

• Устройство оборудовано защитой от короткого замыкания, перегрузки, однофазного отключения и имеет защитное блокировочное устройство от утечки тока и устройство дистанционного управления.
• Кроме того, предусмотрена защита от пониженного и повышенного напряжения, защита от кратковременных перегрузок по току, защита от замыкания на землю, защита от перегрева барабана, защита от потери связи, защита от перегрева силовых устройств и т.д.

Принцип работы СДПМ

В синхронном двигателе с постоянными магнитами на редкоземельных элементах для создания магнитного поля используются постоянные магниты, встроенные в ротор, это позволяет устранить токи возбуждения и потери в роторе. Когда на трехфазную обмотку статора двигателя подается трехфазный переменный ток, генерируется синхронное вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным магнитным полем ротора и приводит его в движение. При этом в роторе происходит потерь в железе и не возникают вихревые токи, что снижает собственные потери двигателя. Высокий коэффициент мощности позволяет снизить ток статора и потери сопротивления обмотки статора, это обеспечивает повышение эффективности и экономию энергии.