ЖУРНАЛ «СТА» №4/2004

требованиям и условиям поставленной задачи. П РЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ При принятии решения о переходе к асинхронному электроприводу ПСУ необходимо правильно оценить затра- ты и, что более важно, соизмерить их с достигаемым при этом эффектом. Пе- речислим экономические предпосыл- ки перехода к асинхронному электро- приводу, наиболее значимые для рас- сматриваемого объекта автоматизации. 1. Стоимость. Асинхронная коротко- замкнутая машина имеет более низ- кую стоимость по сравнению с ма- шиной постоянного тока. 2. Затраты на обслуживание. Асин- хронная короткозамкнутая машина практически не требует обслужива- ния в течение всего времени экс- плуатации, в то время как машина постоянного тока нуждается в регу- лярном обслуживании коллектор- ного узла. 3. Затраты на ремонт электрической ма- шины. Общий объём затрат на орга- низацию и проведение ремонта дви- гателей постоянного тока зачастую оказывается соизмеримым (а для данного объекта автоматизации – даже большим) по сравнению со стоимостью новой асинхронной ко- роткозамкнутой машины. 4. Затраты на обеспечение требуемой степени защиты. Асинхронные ко- роткозамкнутые машины имеют ши- рокий ряд исполнений с разными степенями защиты. Это важно для рассматриваемого применения, так как оно связано с высокой концен- трацией угольной пыли в окружаю- щей среде и требует степени защиты электрических машин ПСУ не ниже IP54. Ввиду наличия коллекторного узла изготовление машины постоян- ного тока, имеющей высокую сте- пень защиты, вызывает её сущест- венное удорожание и осложняет об- служивание. Иногда прибегают к созданию локальных условий с целью установки машины в более благоприятной окружающей среде, но это требует ещё больших затрат. Перечисленные предпосылки отно- сятся только к электрическим маши- нам без учёта преобразователей, с ко- торыми они используются в электро- приводе. Тиристорные преоб- разователи приводов постоян- ного тока на ныне действую- щих ПСУ часто являются мо- рально устаревшими и давно отработавшими свой ресурс. Это приводит не только к до- полнительным затратам на под- держание их работоспособно- сти и снижению надёжности технологического процесса в целом, но также к невозможно- сти включения этих устройств в состав современных систем управления без значительной доработки. Соответственно, приведённые преимущества асинхронной ма- шины не учитывают тот факт, что машина будет работать совместно с преобразователем частоты. Между тем, незнание ряда особенностей такой ра- боты (по существу – недостатков) мо- жет привести в лучшем случае к нера- циональному использованию привода, а в худшем – к неправильному его вы- бору. Отметим те особенности, которые связаны с энергетическими показателя- ми и которые надо учитывать для пра- вильного выбора привода по мощности. 1. При работе асинхронных двигателей совместно с преобразователями час- тоты их кпд снижается в среднем на 2…3%, а cos ϕ – на величину до 5%. 2. Добавочные высокочастотные поте- ри, вызванные несинусоидально- стью напряжения, проявляются в до- полнительном нагреве двигателя и снижении полезной мощности на его валу на величину до 25%. Наличие добавочных потерь в об- мотках и стали магнитопровода обу- словлено высшими гармониками тока и магнитного потока. Поэтому при ис- пользовании асинхронных приводов с частотным регулированием принима- ют меры по улучшению гармоническо- го состава тока (устанавливают допол- нительные устройства, корректируют параметры настройки преобразователя и т.п.). О СОБЕННОСТИ ВЫБОРА ЧАСТОТНО - РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА Выбор частотнорегулируемого при- вода для ПСУ имеет ряд особенностей. Укажем те из них, которые наиболее характерны для рассматриваемого типа объектов автоматизации. Напомним, что диапазон изменения скорости приводов ПСУ невелик и может обеспечиваться достаточно простым и широко распространённым методом управления – вольтчастот- ным. Диапазон регулирования совре- менных асинхронных электроприво- дов при вольтчастотном методе управления, как правило, составляет 1:40, что является вполне достаточ- ным для ПСУ. Помимо того, вольтчастотное управление при со- блюдении закона U/f = const обеспечи- вает постоянство критического мо- мента, необходимое для данного типа нагрузки. Однако само расположение нижней (500 об./мин) и верхней (1900 об./мин) границ диапазона ско- ростей приводов ПСУ является «не- сколько неудобным» для стандартного ряда асинхронных машин. В наиболь- шей степени такому диапазону соот- ветствуют асинхронные двигатели с синхронными скоростями 1500 и 3000 об./мин, но первый из них будет работать со значительным превыше- нием частоты тока статора (по отно- шению к номинальной) в верхней час- ти диапазона, а второй – с ещё более значительным снижением частоты в нижней части диапазона. Необходимо иметь в виду, что эффективность охла- ждения асинхронного двигателя об- щего назначения с самовентиляцией (вентилятором, установленным на ва- лу двигателя) зависит от скорости вра- щения вала: чем ниже скорость вра- щения, тем ниже эффективность ох- лаждения. Следовательно, продолжи- тельная работа в нижней части диапа- зона скоростей с требуемым моментом может привести к недопустимому пе- регреву двигателя. Можно исключить такую ситуацию и обеспечить нор- мальную работу привода, если при вы- РАЗ РА БО Т КИ / Э Н Е Р Г Е Т ИК А 41 СТА 4/2004 www.cta.ru Рис. 1. Зависимость момента ( М ) от частоты ( f ) для асинхронного двигателя с номинальной скоростью вращения 1500 об./мин (на графике показаны границы диапазона скоростей привода ПСУ — 500 и 1900 об./мин) 40 100 80 60 20 0 0 70 2100 60 1800 30 900 50 1500 40 1200 20 600 10 300 500 1900 n, ./ f, M , %