0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое подхват двигателя

Фазовращатели (vanos, vvt-i, cvvt)

Почти на всех современных двигателях есть фазовращатели. Как оно работает написано везде, и везде написано, что это очень хорошо, но какая в них польза? Для начала надо вспомнить какие двигатели были в 80-х — 90-х годах, когда не было фазовращателей.

Если двигатель делали под джип или тяжелую машину, он выдавал много мощности на низких оборотах — 1500-3000 (дефорсированный), на высоких оборотах (по которым считают мощность двигателя) он выдавал 40-50 лс/1 л объема двигателя. Т.е. 2 литра — всего 80-100 лс. На таких двигателях ощущался провал мощности после 4500-5000 оборотах, но на оборотах, на которых люди ездят в обычной жизни в потоке машин (1500-3000) он очень хорошо тянул и мало ел бензина.

Второй тип — это двигатель для легкового автомобиля — он старался равномерно тянуть на всех оборотах и плавно поднимать мощность до самой отсечки на 6000-6500 об. На нем можно и ехать в потоке на легкой машине и погонять раскручивая двигатель до предела. Литровая мощность тут была 60-65 лс. Т.е. если двигатель объем 1,6 л — то мощность 96-104 лс.

И третий тип — двигатели для спортивных машин: спортивных версий хэтчбеков, седанов, купе и т.д. Как правило, они выдавали 70-100 лс на литр. Ужасно тянули на низких оборотах, жрали много бензина, но раскручивались выше 7000 об., дарили владельцу спортивный подхват после 3500-5000 об и спортивный рев. Гонять на таком одно удовольствие, он буд-то сам заставляет тебя надавить педаль газа и разогнать его до отсечки.

В основном этого эффекта можно добиться очень просто, можно повернуть распредвал двигателя на 1-2 зуба против часовой (прибавиться мощность на низах), или по часовой стрелке (на холостых оборотах могут появиться вибрации и повысится расход бензина, но зато появится подхват после 4000, звук станет спортивнее и мощности станет больше). Сам делал такие эксперименты на Lancer 9 (1,6 л), после того как менял самостоятельно ремень ГРМ, заметил, что раньше распредвал стоял со сдвигом на 1 зуб по часовой, в сервисе, видимо, накосячили и машина так прошла не один десяток тысяч км, кстати такое бывает часто и особо этого не заметишь. Т.к. крутить распредвал на 1 зуб не вредно, год экспериментировал, крутил туда-сюда на 1 зуб. По мощности разница была как писал выше. По расходу бензина — если двигатель был настроен на низа, то расход был на 0,5 л меньше, от нормального состояния, если распредвал повернут на высокие обороты — то расход был на 0,5 л выше.

Так вот фазовращатели делают это сами и крутят распредвал на большие углы чем 1 зуб. Они управляются инжектором и меняют угол распредвала постоянно, стараясь выдавать максимум мощности на низах и верхах. Казалось бы какая полезная штука.

А теперь самое интересное. В 90-х годах, когда фазовращатели начали устанавливать на дорогие машины — бмв и мерседес. Лишнюю мощность на высоких оборотах двигатели не получили, зато на низах 2х литровый двигатель тянул как 2,3 литра, а кушал как 1,6-1,8 л. И обычный водитель, двигаясь в стандартном потоке машин на 1500-3000 об., получил больше мощности и меньший расход бензина — идеально. Такие двигатели сравнивали с троллейбусными (электродвигателями), потому что у них была очень ровная тяга на всех оборотах.

Но в 2000-х годах продолжалась гонка вооружений, надо было повышать мощность (хотя максимальная мощность была достигнута еще в конце 80-х с появлением инжекторов с электронной системой зажигания, в 90-х воткнули 4 клапана на цилиндр и еще повысили мощность). Фазовращатели начали настраивать на высокие обороты, поэтому при обычном движении они стали полностью бесполезны, просто в технических характеристиках было больше лошадей — это полезно для маркетинга и продаж (журналисты туда смотрят и хвалят, покупатели сравнивают перед покупкой мощность разных машин, выбирают помощнее), а то что они доступны только на 5000-6000 об. и люди редко (а кто-то никогда) выкручивают двигатель до таких значений, никого до сих пор не волнует, машины надо продавать и точка. Да и найти график мощности к двигателю очень тяжело, его просто так производители не раскрывают, хвастаться то нечем.

Но есть исключения. Например мой двигатель в пежо 207 с двумя фазовращателями — ET3 объемом 1,4 литра и мощностью всего 88 лс. (у Соляриса 1,4л выдавал 107 лс). Да и любая машина с фазовращателями и низкой литровой мощностью, проблема в том, что таких мало.

Ниже куча графиков мощности, и можно увидеть, что на маленьком пежо с 1,4л мощность на 2000 примерно такая же как у 2-х литрового двигателя без фазовращателей (lancer 9 2,0, бмв 320 и 520 (520 е34 кстати весила 1,5 тонны и на них неплохо гоняли) — в районе или чуть больше 25 кВт — 34 лс.

Тест 1.5-тонных домкратов: подъемная сила

Кто в нашей стране с ее дорогами не сталкивался с необходимостью замены колеса в дорожных условиях? Наверное, нет такого водителя, которому не приходилось это делать. А кажется, что тут сложного — всего лишь надо приподнять одну сторону автомобиля и поменять колесо. Вот этому «всего лишь», то есть домкратам, мы решили устроить испытания.

В настоящее время существуют различные виды домкратов — от надувных до электрических. Мы из всего этого разнообразия выбрали ромбические домкраты, точнее, пять представителей этого вида.

Несущий элемент состоит из четырех рычагов, шарнирно соединенных между собой и образующих ромб. Это шарнирное соединение ромбических домкратов представляет собой зубчатое соединение, в котором именно зубья обеспечивают удержание нагрузки домкратом. Поднятие (опускание) происходит при изменении углов ромба. Такие домкраты универсальны, имеют жесткую конструкцию и большую опорную поверхность. Они отличаются малыми размерами, компактны, не занимают много места в багажнике и при этом обладают вполне приличной грузоподъемностью (до двух тонн). С одной стороны, малый ход и подхват являются недостатками, но, с другой стороны, подобные автомобильные ромбические домкраты позволяют выполнять работы по замене колеса на легковых автомобилях с малым клиренсом.

Представим наших испытуемых.

1. King Tools

Страна-производитель — Китай
Стоимость 300 руб.

Данный домкрат был куплен нами за небольшие деньги — 300 рублей, так как был последним витринным образцом, к тому же весь грязный от длительного хранения без упаковки.

К домкрату прилагается складная ручка-крючок с резиновой рукояткой. Эта рукоятка вращается при вращении ручки-крючка, что удобно. Из всех испытуемых этот домкрат оказался с наименьшей высотой подхвата, но и наименьшей высотой подъема. Честно говоря, при виде этого маленького устройства, по сравнению с конкурентами, не верится, что он способен поднять 1,5 тонны. К опорной площадке прикреплена накладка с пупырышками для предотвращения повреждения кузова автомобиля. Толщина металла, из которого сделан домкрат, — 2,5 мм. Зубья выполнены вырубкой, толщина каждого составляет те же 2,5 мм, что и толщина корпуса.

2. Autoluxe

Стоимость 900 руб.

При покупке этого массивного с виду домкрата нам показалось, что он выдержит не 1,5, а все 2,5 тонны. Продавец уверял, что зубья усилены за счет дополнительной вставки, однако между вставкой и зубом есть зазоры по 1—2 мм, что приведет к тому, что при изгибе зуба он просто упрется в данную вставку и заклинит. У этого домкрата широкая опорная площадка, которая, как обнаружилось при установке его на ровную поверхность, неровная, и домкрат имеет возможность качаться. На опорной площадке есть только небольшое углубление посередине, выполненное штамповкой, никаких накладок для предотвращения повреждения кузова не предусмотрено. Толщина металла рычагов составляет 2,5 мм, зубья плоские, такой же толщины. К домкрату прилагается Z-образная нескладная ручка-крючок — она неудобна при использовании из нижнего положения.

3. AIRLINE

Страна-производитель — Китай
Разработано — ООО «Эрлайн», Россия
Стоимость 850 руб..

Данный домкрат был приобретен нами в упаковке, внутри оказалась складная ручка-крючок с резиновой рукояткой. Рукоятка вращается при вращении ручки-крючка — это плюс. Помимо домкрата, в упаковке лежат паспорт и матерчатый мешок с завязкой для хранения инструмента и ручки в багажнике. Заявленная минимальная высота подхвата — 105 мм, максимальная высота подъема — 380 мм. Гарантия на изделие составляет 2 года. К опорной площадке прикручена накладка с пупырышками для предотвращения повреждения кузова автомобиля при подъеме. Зубья в шарнирных соединениях домкрата выполнены штамповкой, они имеют ширину 8 мм, однако толщина металла, из которого сделаны рычаги и зубья, составляет 2 мм.

Читать еще:  Шаговые двигатели рабочая температура

4. ALCA

Страна-производитель — Германия
Стоимость 436 руб.

Этот ромбический домкрат имеет упаковку, на которой указано, что минимальная высота подхвата составляет 104 мм, а максимальная высота подъема — 385 мм. В упаковке лежала только складная ручка-крючок с обрезиненной рукояткой, которая вращается при вращении ручки-крючка. Ручка-крючок фиксируется только в одном положении, что не очень удобно, так как у остальных испытуемых ручку можно повернуть под любым углом. Опорная площадка металлическая, под форму порога, никаких накладок не предусмотрено. Зубья в шарнирных соединениях домкрата выполнены штамповкой, они имеют ширину 6 мм, однако толщина металла, из которого сделаны рычаги и зубья, составляет 2 мм.

5. НПП ЗИЛ

Стоимость 1100 руб.

Домкрат российского производства оказался самым дорогим, несмотря на призывы к импортозамещению и на то, что остальные изделия импортные.

Что удивительно, но данное изделие тоже упаковано в картонную коробку, а внутри имеется паспорт, в котором указывается, что гарантия на изделие составляет 24 месяца. И на коробке, и в паспорте указаны минимальная высота подхвата 100 мм и максимальная высота подъема 385 мм.

Ручка домкрата закреплена на самом устройстве и имеет небольшую длину, на рукоятке — вращающаяся пластиковая накладка. Опорная площадка имеет накладку, на которой есть выемка под порог, таким образом, можно поднимать автомобиль под порог и просто под плоскость. Зубья в шарнирных соединениях домкрата выполнены штамповкой, их ширина 6,2 мм, однако толщина металла, из которого сделаны рычаги и зубья, составляет 1,8 мм.

Методика испытаний

Вначале мы снимали геометрические параметры — проводили измерения минимальной высоты подхвата и максимальной высоты подъема и сравнивали результаты с заявленными. Следующий этап — ходовые испытания, которые представляли собой поднятие и опускание с имитацией замены одного колеса автомобиля 10 раз. Почему именно 10 раз? Это примерное количество использований домкрата за год — смена колес в сезоны и две установки запасного колеса.

После этого уцелевшие домкраты проверяли на максимальную нагрузку в положении 1/3 высоты подъема до разрушения их. Домкрат устанавливали на гидравлический пресс, на опорную площадку домкрата устанавливали динамометр с измеряемым усилием до 50 000 Н. Другим концом динамометр упирался в пяту пресса. Далее происходила регулировка высоты опорной площадки домкрата до 1/3 величины подъема. Затем начинали вращать ручку домкрата и снимали показания с динамометра.

Результаты испытаний

Самым неожиданным моментом стал произошедший саморазбор домкрата Autoluxe без всякой нагрузки — это случилось при попытке измерить его максимальную высоту подъема: он распался у нас в руках и заклинил. И выбыл из дальнейших испытаний.

В таблице представлена заявленная и фактическая минимальная и максимальная высота домкратов.

Следующий этап — проведение небольших ресурсных испытаний: 10 поднятий-опусканий автомобиля для замены переднего колеса (поднималось переднее колесо у автомобиля ВАЗ-2112).

После седьмого поднятия из строя вышел домкрат AIRLINE — произошла деформация зубьев в шарнирном соединении. Также получила повреждения от порога жесткая накладка, которая прикручена к опорной площадке.

Остальные домкраты испытание выдержали, однако у домкрата ALCA тоже началась деформация зубьев. Максимум, что он еще выдержит, — два-три поднятия-опускания.

Домкрату King Tools еле-еле хватает высоты подъема, чтобы оторвать колесо от земли. Если автомобиль будет чуть повыше, чем ВАЗ-2112, к примеру Lada Kalina Cross, то он просто станет бесполезен. К тому же мы испытывали домкрат на бетонном полу — а если бы это был грунт? Покупателям такого домкрата советуем дополнительно возить для него опорную площадку толщиной от 5 см. После ресурсного теста накладка из жесткого пластика разрезалась о порог.

Вслед за небольшим ресурсным тестом было проведено испытание на максимальную нагрузку, которую может выдержать домкрат.

King Tools — при нагрузке 1300 кг сломалась ручка, пришлось воспользоваться ручкой от домкрата AIRLINE, а при 1600 кг разлетелся опорный подшипник винта.

ALCA — при нагрузке 1200 кг также сломалась ручка — разломилась в руках (опять нас выручила ручка от домкрата AIRLINE), при повторном создании нагрузки 1200 кг произошла деформация зубьев верхнего шарнирного соединения.

НПП ЗИЛ — после создания нагрузки 900 кг с каждым добавляющимся килограммом прикладываемое усилие на ручку возрастало настолько, что после достижения цифры 1150 кг короткую ручку двумя руками без усилителя в виде трубы крутить не удавалось. У домкрата произошла деформация зубьев верхнего шарнирного соединения при достижении нагрузки 1600 кг.

Каков итог?

Несомненным и единственным победителем теста стал домкрат производства НПП ЗИЛ — после прохождения ресурсного испытания на зубьях шарнирных соединений не было следов деформации, деформация зубьев произошла только при нагрузке 1600 кг, в то время как заявленная допустимая максимальная нагрузка для данного домкрата — 1450 кг (в паспорте указано, что можно использовать для автомобилей полной массой 3 т). Мягкая накладка без повреждений переносит нагрузку от порога при подъеме (тем более что у накладки сделана специальная выемка под порог). Из недостатков отметим большое прикладываемое усилие к ручке, особенно при нагрузке от 900 кг. Еще один плюс — это гарантия 24 месяца.

Так как бесспорный победитель только один, то мы не стали расставлять остальных испытуемых по местам, тем более поднять 1,5 тонны в своей комплектации после ресурсного теста они оказались не способны. Поэтому разместим их в порядке алфавита.

AIRLINE

Отдельно хочется отметить ручку у домкрата AIRLINE — она «пережила» три домкрата практически без повреждений. Хотелось бы увидеть такого же достойного качества и сам домкрат. Из плюсов — гарантия 2 года.

ALCA

На 1,5 года при самостоятельной смене резины или на 12—13 замен колес домкрата хватит, не любит больших усилий — сломается вместе с ручкой.

Autoluxe

Данный домкрат остался для нас темной лошадкой из-за саморазбора с заклиниванием в самом начале испытаний.

King Tools

Непонятно, зачем сделан домкрат такой грузоподъемности с такой малой высотой подъема? Конечно, это экономия металла и удешевление стоимости, которое обернется для счастливого владельца неприятным сюрпризом в виде неспособности оторвать колесо от земли из-за малой высоты подъема. Ручка не любит приложения больших усилий — сломается первой. Пластик режется порогом.

P. S. Не забывайте, что при пользовании домкратом необходимо использовать противооткатные упоры и подставки под автомобиль во избежание получения травм.

Разработка алгоритма удержания и повторного пуска насосного агрегата первого подъема водозабора

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 17.05.2014 2014-05-17

Статья просмотрена: 194 раза

Библиографическое описание:

Тугов, А. В. Разработка алгоритма удержания и повторного пуска насосного агрегата первого подъема водозабора / А. В. Тугов, В. В. Тугов, И. А. Прохожев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 7 (66). — С. 185-188. — URL: https://moluch.ru/archive/66/10959/ (дата обращения: 07.09.2021).

Водозаборные сооружения (водозабор) — это сложный гидротехнический комплекс, который служит для [1]:

— обеспечения надёжного забора расчётного количества воды и подачу ее потребителю;

— защиты системы водоснабжения от попадания в неё грязи, мусора, льда и т. п.

Водозабор — это комплекс сооружений, включающий водоприемник, оборудование предварительной очистки (решетки, сетки), насосную станцию первого подъема [2]. Процесс водоподачи является непрерывным, так как потребитель в любой точке водораспределительной сети должны иметь возможность получить воду открыв кран. Это достигается путем поддержания постоянного давления в диктующей точке этой сети независимо от разбора воды в ней. Поэтому основной задачей системы управления здесь является поддержание определенного давления с помощью насосного агрегата, уровня в накопительных резервуарах насосной станции путем изменения количества работающих скважин, а также система должна производить мониторинг состояния оборудования каждой скважины и являться элементом системы автоматизации верхнего уровня.

Читать еще:  Двигатель ауди avk что за двигатель

Одним из определяющих требований к автоматизированной системе управления (АСУ) насосной станции первого подъема является требование сохранения управляемости насосным агрегатом при кратковременных провалах напряжения. В этом случае целью управления является сохранение вращения насосного агрегата – «удержание» двигателя. При этом, критериями эффективности работы насосной станцией являются: возможности и ограничения «удержания» насосного агрегата по времени, скорость возвращения в исходный режим работы насоса преобразователем частоты, отсутствие резких изменений в состоянии насосного агрегата (что, как правило, позволяет избежать гидравлических ударов в системе).

В основе сохранения вращения насосного агрегата находится идея об использовании энергии объекта управления [3]. Насосный агрегат обладает инерцией, что позволяет запастись некоторым количеством реактивной энергии. Кроме того, переходные процессы запуска или торможения насосного агрегата обусловлены процессами накопления и рассеяния реактивной энергии. Скорость протекания таких процессов определяется эффективной разницей между силами действия и противодействия. При этом скорость обмена реактивной энергией соответствует мгновенной мощности прикладываемой к насосному агрегату или забираемой от него. С учетом этого, возможно использовать энергию торможения насосного агрегата. Длительность процесса сохранения вращения насосного агрегата прямо пропорциональна инерции объекта управления и обратно пропорциональна мощности потерь в насосном агрегате.

При входе в режим «удержания» двигателя и выходе из него необходимо контролировать величину напряжения сети. Для преобразователей частоты такой контроль целесообразно производить с помощью измерения напряжения звена постоянного тока . При этом, порог питающего напряжения соответствующий переходу в процесс сохранения вращения насосного агрегата из стационарного режима функционирования АСУ, должен быть ниже минимального значения напряжения с . Выход изэтого процесса осуществляется тогда, когда происходит восстановление напряжения питающей сети.

Целью регуляторов АСУ в режиме «удержания» двигателя является стабилизация напряжения поступающего на насосный агрегат. Компенсация потерь в преобразователе частоты и АСУ производится с помощью регулирования активной составляющей тока нагрузки в функции напряжения звена постоянного тока [4]

(1)

где— уставка активной составляющей тока статора, формируемая регулятором режима АСУ;

— текущее значение активной составляющей тока статора, используемое регулятором состояния объекта управления АСУ в качестве сигнала обратной связи.

Перейти в режим «удержания» двигателя из стационарного режима возможнос помощью состояния холостого хода насосного агрегата [3], характеризующегося минимумом преобразуемой мощности:

(2)

Точка холостого хода (2) доставляет ноль нагрузочной характеристике импульсной системы преобразования электроэнергии (ИСПЭ). Отсюда следует, нагрузочная характеристика является целевой функцией для сохранения вращения насосного агрегата и определяется скоростью перехода от номинального стационарного режима к состоянию холостого хода или быстродействием регуляторов нижнего уровня АСУ. Задержка по времени в состояние холостого хода приводит к дополнительным потерям реактивной энергии, на ненужное поддержание исходного стационарного режима АСУ.

Кроме того, возникают сложности сохранения вращения насосного агрегата при переходе из стационарного режима преобразования АСУ ИСПЭ, характеризуемого номинальным выходным напряжением, превышающим пороговое значение напряжения при сохранении вращения. Повысить выходное напряжение ИСПЭ возможно за счет за счет перехода в режим ослабления поля. Данное действие уменьшит напряжение ИСПЭ, используемого для компенсации противо-ЭДС насосного агрегата.

Работа насосных агрегатов первого подъема характеризуется незначительной инерцией нагрузки, а также частыми сменами режимов функционирования. Поэтому возникает проблема повторного пуска для вращающегося двигателя — «подхвата». Решение данной проблемы сократит время простоя насосного агрегата, и повысит производительность водозабора. Для оценки эффективности режима повторного пуска используется параметр быстродействия — скорость «подхвата» электродвигателя.

Графическое представление разработанного алгоритма реализации режима «удержания» двигателя и выхода на режим работы, согласно регламенту, представлено на рисунке 1.

При возникновении просадок напряжения на 1–2 секунды обеспечивается подхват двигателя насосного агрегата (пуск на вращающийся двигатель). Если просадка напряжения на вводе составила более 2 секунд, то возможно два варианта развития событий: в случае, если приводной двигатель не успел остановиться и продолжает вращение в момент появления напряжения, то осуществляется подхват. Если двигатель остановился до появления напряжения питания, то в этом случае производится пуск в автоматическом режиме с выдачей соответствующей информации в АСУ ТП верхнего уровня.

Рис.1. Алгоритм реализации режима «удержания» двигателя и его повторного пуска (подхвата)

При разработке алгоритма повторного пуска необходимо идентифицировать состояние объекта управления. Идентификации подлежат переменные состояния, определяющие показатели качества работы насосного агрегата (например, частота вращения вала) и, соответственно, определяющие временной масштаб переходных процессов в системе.

Алгоритм подхвата, в общем виде, включает два этапа:

1) перевод насосного агрегата в состояние холостого хода;

2) перевод насосного агрегата в заданный стационарный режим.

При реализации первого этапа алгоритма повторного пуска используют нагрузочную характеристику ИСПЭ в качестве целевой функцией. Регулятор режима преобразования частоты при подхвате осуществляет поиск точки холостого хода, используя в качестве сигнала рассогласования, значение целевой функции. В частности регулятор режима может быть реализован как ПИД- регулятор. Регуляторы нижнего уровня — регуляторы состояния объекта управления реализуют стабилизирующее управление =const.

В режиме повторного пуска быстродействие является одним из главных критериев эффективности работы регуляторов. Он следует из необходимости обеспечить минимальное время подхвата, а также реализовать на нижнем уровне АСУ ограничение переменных насосного агрегата в условиях их стабилизации при максимальной уставке, а также в условиях нестационарности.

Процесс повторного пуска завершается если выполняется следующее составное условие: целевая функция минимальна и удовлетворяются условия, при допущении которых она была получена.

После всех выше описанных процедур система управления выводит насосный агрегат на рабочий режим, который осуществляется с изменением давление 0,02 МПа не менее 10 мин. Полная работа насосного агрегата представлена на рисунке 2 (выход на режим, регулирование при заданной уставке, останов насосного агрегата).

Таким образом, с помощью разработанного алгоритма повышается эффективность работы насосного агрегата первого подъема водозабора.

Рис. 2. Запуск насоса, регулирование при заданной уставке, остановка насосного агрегата

1. Тугай А. М. Водоснабжение. Водозаборные сооружения. — Киев: Вишашкола, 1984. — 200 с.

2. Прозоров И. В. Гидравлика, водоснабжение и канализация: учебное пособие для строит. спец. Вузов / И. В. Прозоров, Г. И. Николадзе, А. В. Минаев.- М.: Высш.шк., 1990.- 448 с.

3. Косчинский С. Л. Спецификация и формализация процессов управленияасинхронного электропривода в составе АСУ ТП //Мехатроника, автоматизация, управление, 2006, № 6, с.35–40.

4. Косчинский С. Л. Автоматизация процессов управления многорежимными импульсными системами электрического и электромеханического преобразования энергии: диссертация доктора технических наук: 05.13.06.- Орел, 2006.- 274 с.

Что такое подхват двигателя

ЗАЧЕМ НУЖЕН ЧАСТОТНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД НА ПРОИЗВОДСТВЕ?

Частотный электропривод или иначе частотный преобразователь (также нередко называемый просто приводом) представляет собой статическое преобразовательное устройство, управляющее исполнительными механизмами асинхронных электродвигателей переменного тока, посредством изменения скорости вращения последних или их останова в необходимый момент времени. Тем самым, при помощи частотного преобразователя осуществляется управление движением электродвигателя, необходимое для обеспечения непрерывности технологического процесса.

Что это дает? Если не сильно «городить огород», то главным моментом здесь является то, что частотный привод в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить собой электропривод постоянного тока. А если учесть, что асинхронный электродвигатель превосходит двигатель постоянного тока по целому ряду параметров (так, они надежнее и проще по устройству, к тому же благодаря отсутствия подвижных контактов, имеют при аналогичной мощности более компактные размеры, меньшую массу и стоимость, и (это здесь, пожалуй, главное!) они проще в производстве и эксплуатации), то очевидно – применение частотных электроприводов на производстве порой может быть важнейшим фактором повышения качества производства, уменьшения износа оборудования, снижения потребления электроэнергии и т.п.

Впрочем, здесь нельзя не заметить, что само по себе регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя может выполняться и посредством других устройств, таких как, например, механический вариатор, гидравлическая муфта и другие. Однако в реальности все эти методы обладают существенными недостатками, к которым, прежде всего, относятся — сложность использования, низкое качество работы, высокая стоимость и, пожалуй, самое главное, очень небольшой диапазон регулирования.

И в этом плане применение частотно-регулируемого электропривода может рассматриваться как отличная альтернатива всем другим способам, поскольку именно его применение дает возможность выявить все плюсы асинхронных электродвигателей позволяя в итоге занимать асинхронным двигателям нишу, прежде предназначенную ранее для устройств постоянного тока.

Читать еще:  Что такое электроподогреватель двигателя

Принцип работы частотного преобразователя

Принцип работы частотного преобразователя заключается в том, что переменное напряжение промышленной сети выпрямляется блоком выпрямительных диодов, и после этого фильтруется батареей конденсаторов большой емкости. Таким образом само регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя при применении частотно-регулируемого электропривода производится путем изменения частоты и величины напряжения питания двигателя.

Впрочем, иногда в схему иногда включают цепь «слива» энергии – транзистор с резистором большой мощности рассеивания. Такая схема применяется в режиме торможения, чтобы гасить генерируемое напряжение двигателем и обезопасить конденсаторы от перезарядки и поломки.

В результате получается весьма экономичная система, поскольку КПД такого преобразования составляет около 98 %, т.е. из сети потребляется практически только активная составляющая тока нагрузки. К тому же микропроцессорная система управления обеспечивает высокое качество управления электродвигателем, позволяя контролировать фантастически большое множество его параметров, и в силу этого предотвращая возможность развития аварийных ситуаций, поломки двигателя, станков и т.п.

Таким образом, нельзя не заметить, что одной экономичностью здесь дело не ограничивается. Частотный электропривод «игрушка» все-таки не дешевая, несмотря на то, что появление силовых схем с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных систем управления и т.п. в итоге позволило сегодня создать современные преобразователи частоты доступной для производителя стоимости. Но на активный выбор современных приводов влияют и иные плюсы такого выбора.

Какие? Рассмотрим их поподробнее.

Энергосбережение

Выше уже отмечалось, что преобразователь частоты (инвертор) позволяет экономить на непроизводительных затратах энергии. И в современных условиях это уже неплохо, но в данном случае нельзя не заметить, что преобразователь частоты позволяет не просто экономить электроэнергию. Не менее существенно, что он еще выполняет функцию энергосбережения.

В чем заключается эта функция? Прежде всего в том, что в режиме энергосбережения преобразователь частоты автоматически отслеживает потребление тока, рассчитывает нагрузку и снижает выходное напряжение. Таким образом, снижаются потери на обмотках двигателя, и увеличивается его КПД. При этом, если сравнивать работу с приводом с выполнением аналогичной работы, но без привода, то эта функция позволяет сэкономить дополнительно от 5% до 60% электроэнергии в зависимости от типа производства путем поддержания электродвигателя в режиме оптимального КПД.

Предотвращение резонанса

Еще одним важным моментом применения частотного преобразователя, является предотвращение резонанса. Дело в том, что в случаях возникновения резонанса в механической системе преобразователь частоты обходит резонансную частоту.

Предотвращение опрокидывания ротора

Очень важной функцией привода является функция предотвращения опрокидывания ротора. Данная функция предотвращения опрокидывания ротора или функция ограничения момента работает в трех режимах — при разгоне, при торможении и во время работы. Так, при разгоне, если задано слишком большое ускорение и не хватает мощности, преобразователь автоматически продлевает время разгона. При торможении функция работает аналогично. А вот во время работы эта функция позволяет в случае перегрузки системы вместо аварийной остановки продолжить работу, но уже на меньшей скорости. В ряде случае это бывает очень важно.

Работа в режиме подхвата работающего двигателя

Следует также отметить возможность привода работать в режиме подхвата работающего двигателя. Что это означает и с чем связано?

Как известно, кратковременное отключение напряжения сети питания, равно как и понижение напряжения ниже допустимого уровня ведет к отключению управляющих работой электродвигателя электронных схем. При этом сам электродвигатель продолжает свободное вращение, которое поддерживается моментом инерции массивного ротора вместе с присоединенными к нему механизмами. Наиболее явно данное явление прослеживается в установках вентиляции промышленного значения, поскольку здесь лопасти вентилятора имеют достаточно большую массу, что порой приводит к свободному выбегу до одного часа, а то и более.

Казалось бы, в чем проблема? Проблема в инерции. Дело в том, что такой свободный выбег на самом деле очень опасен, поскольку подача питающего напряжения до того времени, когда электродвигатель полностью остановился неминуемо приводит к повышенному перерасходу пусковых токов и увеличенной нагрузке, которая носит характер удара на механические составляющие привода. Другими словами, включение электродвигателя в таких условиях (т.е. до полной остановки) может вызвать аварию и разрушение слабых узлов механической части электрооборудования. Причем нельзя не заметить, что подобная ситуация еще более усугубляется при раскрутке вала двигателя в обратном направлении, например, при обратной тяге в воздуховоде или обратным потоке жидкости в трубопроводах станций перекачки.

Для исключения появления подобных явлений собственно и разработана функция безударного плавного выхода на рабочий режим, включающая функцию «подхвата» вращения, при которой преобразователь частоты предварительно определяет и анализирует параметры состояния регулируемого двигателя, в том числе при его вращении — определяется частота вращения. При этом процессор преобразователя формирует импульсы возбуждения обмоток электродвигателя таким образом, чтоб не создавать перегрузок по току, в силу чего происходит своеобразная синхронизация работы преобразователя с частотой вращения двигателя. Собственно, сам этот процесс и принято называть «подхватом». При использовании этой функции частотный преобразователь при пуске определяет скорость вращения нагрузки и соответственно начинает регулирование уже не с нуля, а с той скорости, которая в этот момент есть в системе. При этом само время, необходимое частотному преобразователя для синхронизации с вращением двигателя, как правило, составляет от 4 до 6 секунд.

Функции защиты

Еще одной важной функцией частотного преобразователя является функция защиты. При этом сам частотный преобразователь обеспечивают защиту как самого себя, так и электродвигателя.

Сам набор функций защиты в данном случае определяется моделью преобразователя. Но если суммировать основные аспекты, то в целом функции защиты двигателя предполагают:

— токовую защиту мгновенного действия;

— токовую защиту двигателя от перегрузки по току;

— защиту двигателя от перегрева.

Одновременно практически все преобразователи частоты имеют ниже перечисленные функции самозащиты:

— от замыкания выходных фаз;

— от замыкания выходных фаз на землю;

— от перегрева выходных каскадов.

К дополнительным функциям защиты преобразователей частоты также можно отнести следующие:

1) от пропадания фазы на входе;

2) от ошибок передачи данных;

3) ошибка пропадания фаз на выходе.

Общие итоги

И так суммируя все вышесказанное можно заметить, что применение частотно-регулируемого электропривода обеспечивает следующие моменты на производстве:

  1. изменение скорости вращения в ранее нерегулируемых технологических процессах;
  2. синхронное управление несколькими электродвигателями от одного преобразователя частоты;
  3. замена приводов постоянного тока, что позволяет снизить расходы, связанные с эксплуатацией;
  4. создание замкнутых систем асинхронного электропривода с возможностью точного поддержания заданных технологических параметров;
  5. возможность исключения механических систем регулирования скорости вращения (вариаторов, ременных передач);
  6. повышение надежности и долговечности работы оборудования;
  7. большую точность регулирования скорости движения, оптимальные параметры качества регулирования скорости в составе механизмов, работающих с постоянным моментом нагрузки (конвейеры, загрузочные кулисные механизмы и т. п.).

А это все означает, что очевидной сегодня является не просто нужность, а даже необходимость приводов на многих производствах для решения многих их типовых проблем. И то сказать экономия энергоресурсов, увеличение сроков службы технологического оборудования, снижение затрат на планово-предупредительные и ремонтные работы, равно как и обеспечение оперативного управления и достоверного контроля за ходом технологических процессов – все эти и многие иные задачи сегодня являются существенной частью современного бизнеса в его технологической производственной ипостаси. Во многом от их решения зависит сегодня успех или неуспех дела. А потому применение приводов на производстве в силу их экономического эффекта – это не блажь и не попытка быть так сказать «на острие технологического процесса».

Увы, но рост стоимости энергоносителей, ужесточение экологических требований, повышение требований к потребительским качествам, все это приводит к тому, что покупать автоматизированное оборудование становится просто экономически нецелесообразно.

А это значит, что на современном производстве без частотного электропривода просто не обойтись. И, следовательно, от умения правильно выбрать его сегодня зависит многое.

Последнее, впрочем, сегодня связано часто не только с правильным выбором технического специалиста для обслуживания оборудования, выбором инженера, но и с грамотным выбором компании-поставщика.

Но это, как говорится, «уже другая история…»

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector