Асинхронные двигатели (АД) – наиболее распространенный в настоящее время вид электрических машин, составляющих основу привода большинства механизмов, используемых во всех областях человеческой деятельности. По разным данным, более 50% потребляемой электроэнергии приходится на асинхронные электродвигатели. Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 1 до 400 кВт на напряжение до 1000В – наиболее широко применяемые электрические машины. Благодаря высокой надежности и способности к перегрузкам, отсутствию искрения, простоте эксплуатации, асинхронные двигатели нашли широкое применение в промышленности. Парк этих электродвигателей в промышленно развитых странах достигает 90% по количеству, причем мощность применяемых двигателей постоянно возрастает.
Существуют различные способы регулирования частоты вращения ротора АД:
- регулирование вращения АД путем включения в цепь ротора добавочного активного сопротивления. Этот способ позволяет изменить частоту вращения в широких пределах, однако имеет и свой недостаток – большие потери энергии в регулировочном реостате;
- регулирование путем изменения пар числа полюсов, что позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения. При этом каждую фазу обмотки статора разделяют на две части, которые переключают с последовательного соединения на параллельное. Этот способ имеет следующие недостатки: большие габариты и массу по сравнению с двигателями нормального исполнения, а следовательно, и большую стоимость. Кроме того, часто требуется не ступенчатое, а плавное регулирование частоты;
- регулирование скорости вращения изменением частоты питающего напряжения – наиболее эффективный способ, позволяющий применять наиболее надежные и дешевые асинхронные двигатели. Однако этот способ так же имеет свои недостатки, обусловленные необходимостью использовать специальные устройства для изменения частоты напряжения. Этот способ в последнее время привлекает проектировщиков все больше и больше, особенно при использовании мощных электродвигателей. Это стало возможным благодаря тому, что в связи с быстрым развитием силовой электроники – с появлением мощных быстродействующих полупроводниковых ключей, параметры которых к тому же постоянно улучшаются, стало возможным создание эффективных устройств изменения частоты напряжения, подаваемого на двигатель.
Итак, частотное регулирование применяют, как правило, в случаях необходимости регулирования в широких пределах частоты вращения и величины электромагнитного момента, например, в судовых электродвигателях, тепловозах, автомобилях и т.д. На начальном участке механической характеристики, т.е. в момент разгона, когда n-частота вращения изменяется от 0 до nном, требуется поддерживать постоянный момент. Затем при изменении частоты вращения от nном до nмакс нужна постоянная мощность, при этом момент двигателя уменьшается, т.е. с ростом частоты сохраняется постоянство произведения момента и частоты вращения.
Наиболее эффективным в регулировании частоты вращения асинхронного двигателя является использование, как указывалось выше, преобразователей. В этом случае на обмотку двигателя поступает сложное по форме напряжение, частота же тока изменяется в широких пределах от единиц до сотен герц.
Для того, чтобы оценивать потребляемую мощность, коэффициент полезного действия асинхронного двигателя, необходимо знать действующие значения величин тока и напряжения с учетом сдвига фаз. Форма кривой напряжения – ШИМ-модулированные импульсы, форма кривой тока – искаженная синусоида с наложенными на нее высокочастотными помехами. Обычными магнитоэлектрическими вольтметрами и амперметрами с преобразователями переменного напряжения в постоянное действующее значение напряжения и тока при таких формах кривой не измерить. Кроме того, из-за высокочастотных помех измерение частоты также связано с определенными трудностями.
Для этих случаев, на приборостроительном заводе «ВИБРАТОР» разработаны и выпускаются специальные комплексы приборов, способные измерять действующие значения напряжения, тока сложной формы, а также их частоты.
Каждый комплекс состоит из датчика тока или напряжения на эффекте Холла, добавочного устройства и вторичного прибора.
Датчики предназначены для уменьшения значения измеряемых сигналов до единиц вольт у датчиков напряжения и до десятых долей ампера у датчиков тока, и с высокой точностью повторяют форму кривой входного сигнала.
Добавочное устройство предназначено для преобразования сигнала поступающего с датчика, в унифицированный сигнал, необходимый для вторичного прибора. Кроме того, в добавочном устройстве находятся: преобразователь питания комплекса 24 В в напряжение, необходимое для питания датчика, и LC-фильтры, защищающие датчик от перенапряжения и бросков тока.
Вторичный прибор предназначен для преобразования переменного широтно-импульсного напряжения, поступающего на его вход, в напряжение постоянного тока, пропорциональное действующему значению этого входного сигнала. Указанное напряжение постоянного тока преобразуется в информационный сигнал, отображаемый на дискретно-аналоговом и цифровом отсчетных устройствах. Кроме того, этот сигнал может быть передан по интерфейсу RS-485 системе более высокого уровня.
Диапазоны измерений приборов: от 10 до 2000 А, от 10 до 1000В, от 5 до 450 Гц. (Конечные значения диапазонов измерения приборов могут быть увеличены).
Комплексы не имеют дополнительных погрешностей от наклона, от качки, от влияния внешнего магнитного поля, от близости ферромагнитного щита, а так же от близости контролируемого двигателя и могут устанавливаться на щитах и пультах с любым углом наклона к горизонту.
Небольшие размеры, достаточная точность измерений, круглосуточная работа, в том числе с любыми перерывами в работе, позволяют обеспечить соблюдение оптимальных параметров питания двигателя и оптимизировать тем самым работу АД в различных режимах, обеспечивают высокие показатели эффективности работы АД, улучшают динамику работы электропривода, а также позволяют уменьшить энергопотребление. Удаленность вторичных приборов от двигателя (при необходимости до 15-20 м), а так же наличие встроенного интерфейса позволяют обеспечить контроль электрических параметров асинхронных двигателей и устройств ими управляющих.
Расширенные диапазоны рабочих температур (от -10 до +550С), степень защиты корпуса IP53, виброустойчивость дают возможность широко использовать комплексы как в военном и гражданском судостроении, нефтяной и горнодобывающей промышленностях, так и на объектах энергетики, общественного электрического и железнодорожного транспорта, в приводах металлообрабатывающих, деревообрабатывающих и других видов станков, а также в мощном радиоаппаратостроении.
Оригинал статьи можно увидеть в журнале “Промышленное Оборудование”№3 (62) за 2010 год. Спецвыпуск для Энергетики и Электротехники. Или на сайте журнала “Промышленное Оборудование” http://po.prompages.ru/po_2010.php
