Основные тенденции развития автоматизированного электропривода

Электротехническое оборудование

Written by:

Современный электропривод представляет собой конструктивное единство электромеханического преобразователя энергии (двигателя), силового преобразователя и устройства управления. Он обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую в соответствии с алгоритмом работы технологической установки. Сфера применения электрического привода в промышленности, на транспорте и в быту постоянно расширяется.

Сейчас уже более 60% всей вырабатываемой в мире электроэнергии потребляется электрическими двигателями. Следовательно, эффективность энергосберегающих технологий в значительной степени определяется эффективностью электропривода. Разработка высокопроизводительных, компактных и экономичных систем привода является приоритетным направлением развития современной техники.

Последние десятилетия сказались значительными успехами силовой электроники — было освоено промышленное производство биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), силовых модулей на их основе (стойки и целые инверторы), а также силовых интеллектуальных модулей (IPM) со встроенными средствами защиты ключей и интерфейсами для непосредственного подключения к микропроцессорным системам управления. Увеличение степени интеграции в микропроцессорной технике и переход от микропроцессоров к микроконтроллерам с встроенным набором специализированных периферийных устройств сделали необратимой тенденцию массовой замены аналоговых систем управления приводами на системы прямого цифрового управления.

Анализ продукции ведущих мировых производителей систем привода позволяет отметить такие ярко выраженные тенденции развития электропривода:

• Неуклонно снижается доля приводов с двигателями постоянного тока и увеличивается доля с двигателями переменного тока. Это связано с низкой надежностью механического коллектора и более высокой стоимостью коллекторных двигателей постоянного тока по сравнению с двигателями переменного тока. По прогнозам специалистов, к концу века доля приводов постоянного тока сократится до 10% от общего числа приводов.

• Преимущественное применение в настоящее время имеют приводы с короткозамкнутыми асинхронными двигателями. Большинство таких приводов (около 80%) — нерегулируемые. В связи с резким удешевлением статических преобразователей частоты доля частотно асинхронных электроприводов быстро увеличивается.

• Естественной альтернативой коллекторным приводам постоянного тока являются приводы с вентильными, то есть электронно-коммутируемым двигателями. Как исполнительные бесколлекторные двигатели постоянного тока (БДПТ) преимущественное применение получили синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов или с электромагнитным возбуждением (для больших мощностей). Этот тип привода наиболее перспективен для станкостроения и робототехники, однако наиболее дорогим. Некоторому снижению стоимости можно добиться при использовании синхронного реактивного двигателя как исполнительного.

Поводом будущего, по прогнозам большинства специалистов станет привод на основе вентильно-индукторного двигателя (ОТ). Двигатели этого типа просты в изготовлении, технологические и дешевые. Они имеют пассивный ферромагнитный ротор без обмоток или магнитов. Вместе с тем, высокие потребительские свойства привода могут быть обеспечены только при применении мощной микропроцессорной системы управления в сочетании с современной силовой электроникой. Усилия многих разработчиков в мире сконцентрированы в этом направлении. Для типичных применений являются перспективными индукторные двигатели с самовозбуждением, а для тяговых приводов — индукторные двигатели с независимым возбуждением со стороны статора. В последнем случае появляется возможность двухзонного регулирования скорости по аналогии с обычными приводами постоянного тока. Специалисты считают, что вентильные двигатели с возбуждением от высокоэнергетических постоянных магнитов являются наиболее перспективными из среды всех типов электродвигателей, применяемых в современных регулируемых электроприводах малой и средней мощности. Это объясняется целым рядом конструктивных и технико-эксплуатационных преимуществ двигателя по сравнению с существующими типами электрических машин:

— бесконтактность и отсутствие узлов, требующих обслуживания. Отсутствие в вентильных электродвигателей скользящих электрических контактов существенно повышает их ресурс и надежность по сравнению с электрическими двигателями постоянного тока или асинхронными двигателями с явно выраженной обмоткой ротора;

— большая перегрузочная способность по моменту (кратковременно кратность максимального момента равен 5 и более);

— высокое быстродействие;

— высокие энергетические показатели (КПД и соs). КПД вентильных двигателей превышают 90% и очень мало меняются при изменении нагрузки двигателя и при колебаниях напряжения питающей сети, в то время как в асинхронных электродвигателей максимальный КПД составляет не более 86% и зависит от изменения нагрузки;

— минимальное значение токов холостого хода и рабочих токов, позволяет достаточно точно измерять нагрузку на привод и оптимизировать режим работы.

Comments are closed.