Замена электроприводов постоянного тока на асинхронный двигатель и частотный преобразователь

1. Замена электроприводов постоянного тока на асинхронный двигатель и частотный преобразователь.

Данная работа подразумевает замену как главного электропривода, так и вспомогательных приводов дукторов краски и увлажнения. На всех современных машинах (за исключением старых разработок, до сих пор имеющих спрос и предлагаемых к продаже) в качестве главного привода используется асинхронный двигатель и преобразователь частоты. Это обусловлено высокой надежностью и низкой стоимостью асинхронного двигателя по сравнению с двигателем постоянного тока. Что касается частотного преобразователя, то сравнивать его стоимость с аналоговым приводом постоянного тока, использовавшимся несколько лет назад, не совсем корректно. Такие приводы, ввиду их низкой надежности и нестабильности параметров, ведущими мировыми производителями выпускаются только в качестве запчастей. Стоимость современного цифрового привода постоянного тока зачастую превышает стоимость частотного преобразователя, т.к. спрос на них значительно ниже, а дальнейшее совершенствование и развитие данного типа привода не входит в круг интересов производителей, т.к. не предполагает отдачи от таких разработок.

Различные встроенные функции частотного преобразователя, как, например, самонастройка на используемый двигатель, постоянный контроль тока, напряжения, температуры двигателя и преобразователя и полная самодиагностика делают его применение высокоэффективным и надежным.

Первым в истории электроприводом был привод с двигателем переменного тока без регулирования скорости. Для изменения скорости приводимых механизмов использовались переключаемые редукторы или вариаторы. Дальнейшим развитием таких систем стало появление асинхронных двигателей с переключением числа полюсов (двух и трех скоростные двигатели), что позволяло ступенчато изменять скорость вращения.

С появлением и развитием полупроводниковой электроники в качестве электропривода стали применяться двигатели постоянного тока с регулированием скорости вращения путем изменения напряжения на якоре или обмотке возбуждения. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей за счет изменения частоты питающей сети, как единственно возможный способ регулирования, было достаточно сложным, громоздким и дорогостоящим удовольствием.

Дальнейшие достижения в области электроники, особенно с появлением цифровой и микропроцессорной техники, позволили компенсировать этот недостаток путем использования современных средств управления. Развитие технологий и появление на рынке мощных и недорогих полупроводниковых импульсных ключей и IGBT транзисторов привело к появлению современных частотных преобразователей, позволяющих легко управлять скоростью вращения асинхронного двигателя и отслеживать его состояние путем измерения векторов тока, напряжения или с применением замкнутых систем регулирования.

В настоящее время все чаще в качестве главного привода в новых разработках машин применяется асинхронный двигатель с частотным преобразователем векторного типа или с обратной связью по скорости (в зависимости от диапазона регулирования). Последние достижения в области силовой электроники и микропроцессорной технике позволили значительно уменьшить стоимость комплектующих изделий частотного преобразователя при возросшей надежности этих изделий.

В качестве частотного преобразователя нами используются изделия иностранных фирм. Анализ аналогичных изделий отечественного производства показывает, что все приводы изготавливаются с применением импортных комплектующих, таких как силовые IGBT модули и специализированные процессоры управления, не изготавливаемых Российской промышленностью. Поэтому стоимость таких приводов при мелкосерийном производстве единичным предприятием не может быть ниже импортных, которые выпускаются тысячными партиями в год на нескольких специализированных производствах. Так вышеназванные иностранные фирмы имеют несколько десятков заводов и представителей в разных странах мира, что позволяет постоянно отслеживать качество выпускаемых изделий. Имея собственных разработчиков, эти фирмы имеют возможность постоянно обновлять и улучшать выпускаемые изделия с появлением новых разработок в электронике.

Сравнивая стоимость комплектного привода (преобразователь + двигатель) можно заключить, что в настоящее время до мощности 5…7 кВт стоимость частотного привода дешевле по сравнению с аналоговым приводом постоянного тока. В случае применения современного цифрового привода постоянного тока стоимость частотных приводов меньше во всем диапазоне мощностей.

Недостатком аналогового привода постоянного тока является низкая помехоустойчивость, сложность в настройке и нестабильность параметров. В качестве датчика обратной связи по скорости применяется тахогенератор, имеющий те же недостатки, что и коллекторный двигатель. Для реверсивных приводов после тахогенератора приходится устанавливать диодный мост, что ограничивает диапазон регулирования на малых скоростях из-за пропадания обратной связи. В случае спарки механизмов с различными приводами в режиме «ведущий – ведомый» частотный преобразователь намного предпочтительней, т.к. в качестве датчика скорости применяются цифровые датчики типа энкодера, резольвера или sin/cos преобразователи, что позволяет строить системы с виртуальными валами. Наличие дополнительных устройств (опций) частотных преобразователей позволяют наращивать функции последних: увеличивать число входов выходов, использовать современные шины и протоколы обмена, применять привод в устройствах позиционирования, следить за температурным режимом двигателя и привода, использовать привод в режиме виртуального кулака (переменная скорость вращения за один оборот вала) и многое другое.

Современные микроконтроллеры, обслуживающие частотные преобразователи, позволяют обрабатывать данные за период в несколько десятков микросекунд, (десять лет назад это время составляло 200 мС), что позволило расширить диапазон регулирования с обратной связью до 1:5000 с точностью поддержания скорости 0,2 оборота во всем диапазоне, что приближает данные привода к сервоприводам.

Меньшая масса ротора асинхронного двигателя по сравнению с якорем двигателя постоянного тока позволяет повысить динамику привода в следящих и быстродействующих системах.

В целях сокращения простоев машины у клиента в типографии, производя замену главного электропривода, мы заранее размещаем и монтируем частотный преобразователь и остальное сопутствующее ему электрооборудование в небольшом отдельном электрическом шкафе. При монтаже нового оборудования необходимо подключить только двигатель, цепи управления и питания, при этом время, необходимое на перемонтаж, не превышает одной смены.

Автор: Чубов А.В.