Моторный привод означает систему, включающую в себя двигатель. Привод с регулируемой скоростью означает систему, которая включает в себя двигатель, имеющий несколько рабочих скоростей. Электропривод с регулируемой скоростью представляет собой систему, которая включает в себя двигатель и плавно регулирует скорость. Если двигатель генерирует электрическую энергию, а не использует ее, это можно назвать генераторным приводом, но его часто еще называют моторным приводом.
Частотно-регулируемый привод ( VFD) или привод с регулируемой скоростью (VSD) описывает электронную часть системы, которая контролирует скорость двигателя. В более общем смысле термин « привод » описывает оборудование, используемое для управления скоростью машин. Многие промышленные процессы, такие как сборочные линии, должны работать с разной скоростью для разных продуктов. Если условия процесса требуют регулировки расхода насоса или вентилятора, изменение скорости привода может сэкономить энергию по сравнению с другими методами регулирования расхода.
Если скорости можно выбирать из нескольких заранее установленных диапазонов, обычно говорят, что привод имеет регулируемую скорость . Если выходную скорость можно изменить без ступенчатого изменения диапазона, привод обычно называют приводом с регулируемой скоростью .
Регулируемые и регулируемые приводы могут быть чисто механическими (называемыми вариаторами ), электромеханическими, гидравлическими или электронными.
Иногда моторный привод относится к приводу, используемому для управления двигателем, и поэтому его заменяют ЧРП или ЧРП.
Электродвигатели переменного тока могут работать с фиксированной скоростью, определяемой количеством пар полюсов статора в двигателе и частотой источника переменного тока. Двигатели переменного тока могут быть выполнены для работы в режиме «переключения полюсов», повторно подключая обмотку статора, чтобы изменить количество полюсов так, чтобы получить две, а иногда и три скорости. Например, машину с восемью физическими парами полюсов можно подключить, чтобы обеспечить работу с четырьмя или восемью парами полюсов, обеспечивая две скорости - при 60 Гц это будут 1800 об/мин и 900 об/мин. Если изменения скорости происходят редко, двигатель может быть первоначально подключен для одной скорости, а затем переподключен для другой скорости по мере изменения условий процесса, или можно использовать магнитные контакторы для переключения между двумя скоростями по мере колебаний технологических потребностей. Подключения более трех скоростей неэкономичны.
Количество таких рабочих скоростей с фиксированной скоростью ограничивается стоимостью по мере увеличения количества пар полюсов. Если требуется много разных скоростей или бесступенчатая регулировка скорости, требуются другие методы.
Двигатели постоянного тока позволяют изменять скорость путем регулирования тока шунтирующего возбуждения. Другой способ изменения скорости двигателя постоянного тока — изменение напряжения, приложенного к якорю.
Привод двигателя с регулируемой скоростью может состоять из электродвигателя и контроллера , который используется для регулировки рабочей скорости двигателя. Комбинацию двигателя с постоянной скоростью и плавно регулируемого механического устройства изменения скорости можно также назвать «двигательным приводом с регулируемой скоростью». Частотно-регулируемые приводы на основе силовой электроники быстро делают устаревшие технологии ненужными.
Управление процессом и экономия энергии являются двумя основными причинами использования привода с регулируемой скоростью. Исторически приводы с регулируемой скоростью разрабатывались для управления технологическими процессами, но сохранение энергии стало не менее важной задачей.
Привод с регулируемой скоростью часто может обеспечить более плавную работу по сравнению с альтернативным режимом работы с фиксированной скоростью. Например, на канализационной подъемной станции сточные воды обычно стекают по канализационным трубам под действием силы тяжести к мокрому колодцу. Оттуда он перекачивается в процесс лечения. При использовании насосов с фиксированной скоростью насосы запускаются, когда уровень жидкости в мокром колодце достигает некоторой высокой точки, и останавливаются, когда уровень снижается до низкой точки. Включение и выключение насосов приводит к частым сильным скачкам электрического тока для запуска двигателей, что приводит к электромагнитным и тепловым нагрузкам в двигателях и оборудовании управления мощностью, насосы и трубы подвергаются механическим и гидравлическим нагрузкам, а процесс очистки сточных вод вынужден приспосабливаться к скачкам потока сточных вод в процессе процесса. При использовании приводов с регулируемой скоростью насосы работают непрерывно со скоростью, которая увеличивается по мере увеличения уровня влажной скважины. Это приводит в соответствие отток со средним притоком и обеспечивает гораздо более плавную работу процесса.
Вентиляторы и насосы потребляют большую часть энергии, используемой промышленными электродвигателями. Там, где вентиляторы и насосы обслуживают переменную технологическую нагрузку, простой способ изменить подаваемое количество жидкости — использовать заслонку или клапан на выходе вентилятора или насоса, который за счет увеличения перепада давления снижает расход в процессе. Однако этот дополнительный перепад давления представляет собой потерю энергии. Иногда экономически целесообразно установить какое-нибудь устройство, которое восстанавливает потерянную в противном случае энергию. Благодаря приводу с регулируемой скоростью насоса или вентилятора подачу можно регулировать в соответствии с потребностями без дополнительных потерь.
Например, когда вентилятор приводится в движение напрямую от двигателя с фиксированной скоростью, воздушный поток рассчитан на максимальную потребность системы и поэтому обычно будет выше, чем необходимо. Воздушный поток можно регулировать с помощью заслонки , но более эффективно напрямую регулировать скорость двигателя вентилятора. Следуя законам сродства , при 50 % воздушного потока двигатель с регулируемой скоростью потребляет около 20 % входной мощности (ампер). Двигатель с фиксированной скоростью по-прежнему потребляет около 85 % входной мощности при половине расхода.
Некоторые первичные двигатели ( двигатели внутреннего сгорания , поршневые или паровые турбинные двигатели, водяные колеса и другие) имеют диапазон рабочих скоростей, которые можно плавно изменять (регулируя расход топлива или аналогичными способами). Однако эффективность может быть низкой в крайних пределах диапазона скоростей, и могут существовать системные причины, по которым скорость первичного двигателя не может поддерживаться на очень низких или очень высоких скоростях.
До того, как были изобретены электродвигатели, механические переключатели скорости использовались для управления механической мощностью, обеспечиваемой водяными колесами и паровыми двигателями. С появлением электродвигателей почти сразу же были разработаны средства управления их скоростью. Сегодня на рынке промышленных приводов конкурируют различные типы механических приводов, гидроприводов и электроприводов.
Существует два типа механических приводов: приводы с регулируемым шагом и тяговые приводы.
Передачи с регулируемым шагом — это шкивовые и ременные передачи, в которых диаметр шага одного или обоих шкивов можно регулировать.
Тяговые приводы передают мощность через металлические ролики, вращающиеся против ответных металлических роликов. Соотношение скоростей ввода-вывода регулируется путем перемещения роликов для изменения диаметров пути контакта. Было использовано множество различных форм роликов и механических конструкций.
Существует три типа гидроприводов: гидростатические приводы, гидродинамические приводы и гидровязкостные приводы.
Гидростатический привод состоит из гидронасоса и гидромотора. Поскольку используются объемные насосы и двигатели, один оборот насоса или двигателя соответствует заданному объему потока жидкости, который определяется смещением независимо от скорости или крутящего момента . Скорость регулируется путем регулирования расхода жидкости с помощью клапана или путем изменения рабочего объема насоса или двигателя. Было использовано множество различных вариантов дизайна. В приводе автомата перекоса используется аксиально-поршневой насос или двигатель, в котором угол наклона диска можно изменять для регулировки смещения и, таким образом, регулировки скорости.
Гидродинамические приводы или гидромуфты используют масло для передачи крутящего момента между рабочим колесом на входном валу с постоянной скоростью и ротором на выходном валу с регулируемой скоростью. Гидротрансформатор в АКПП автомобиля представляет собой гидродинамический привод.
Гидровязкостный привод состоит из одного или нескольких дисков, соединенных с входным валом, прижатых к аналогичному диску или дискам, соединенным с выходным валом. Крутящий момент передается от входного вала к выходному через масляную пленку между дисками. Передаваемый крутящий момент пропорционален давлению, оказываемому гидравлическим цилиндром, сжимающим диски друг с другом. Этот эффект может использоваться в качестве сцепления , такого как сцепление Хеле-Шоу , или в качестве привода с регулируемой скоростью, такого как передача с переменным передаточным числом Бейера .
Механические и гидравлические регулируемые приводы обычно называют « трансмиссиями » или « бесступенчатыми трансмиссиями », когда они используются в транспортных средствах, сельскохозяйственной технике и некоторых других видах техники.
Управление может означать либо регулировку вручную - с помощью потенциометра или линейного устройства на эффекте Холла (которое более устойчиво к пыли и жиру), либо также автоматическое управление, например, с помощью датчика вращения, такого как оптический датчик с кодом Грея. кодер.
Существует три основные категории электроприводов: приводы с двигателями постоянного тока , приводы на вихревых токах и приводы с двигателями переменного тока . Каждый из этих общих типов можно разделить на множество вариаций. Электроприводы обычно включают в себя как электродвигатель, так и блок или систему регулирования скорости. Термин привод часто применяется к контроллеру без двигателя. На заре развития электропривода использовались электромеханические системы управления. Позже были разработаны электронные контроллеры с использованием различных типов электронных ламп. Когда стали доступны подходящие твердотельные электронные компоненты, в новых конструкциях контроллеров были использованы новейшие электронные технологии.
Приводы постоянного тока представляют собой системы управления скоростью двигателей постоянного тока. Поскольку скорость двигателя постоянного тока прямо пропорциональна напряжению якоря и обратно пропорциональна потоку двигателя (который является функцией тока возбуждения), для управления скоростью можно использовать либо напряжение якоря, либо ток возбуждения.
Вихретоковый привод (иногда называемый «Dynamatic Drive», по названию одной из наиболее распространенных торговых марок) состоит из двигателя с фиксированной скоростью (обычно асинхронного двигателя ) и вихретоковой муфты. Муфта содержит ротор с фиксированной скоростью и ротор с регулируемой скоростью, разделенные небольшим воздушным зазором. Постоянный ток в катушке возбуждения создает магнитное поле, которое определяет крутящий момент, передаваемый от входного ротора к выходному ротору. Контроллер обеспечивает регулирование скорости с обратной связью, изменяя ток сцепления, позволяя муфте передавать только крутящий момент, достаточный для работы на желаемой скорости. Обратная связь по скорости обычно обеспечивается через встроенный тахометр переменного тока.
Вихретоковые приводы представляют собой системы с управлением скольжением, энергия скольжения в которых обязательно рассеивается в виде тепла. Поэтому такие приводы, как правило, менее эффективны, чем приводы, основанные на преобразовании переменного/постоянного тока в переменный . Двигатель развивает крутящий момент, необходимый нагрузке, и работает на полной скорости. Выходной вал передает на нагрузку тот же крутящий момент, но вращается с меньшей скоростью. Поскольку мощность пропорциональна крутящему моменту, умноженному на скорость, входная мощность пропорциональна скорости двигателя, умноженной на рабочий крутящий момент, а выходная мощность равна выходной скорости, умноженной на рабочий крутящий момент. Разница между скоростью двигателя и выходной скоростью называется скоростью скольжения . Мощность, пропорциональная скорости скольжения, умноженной на рабочий крутящий момент, рассеивается в виде тепла в сцеплении. Несмотря на то, что в большинстве применений с регулируемой скоростью преобразователь частоты превзошел его, вихретоковая муфта по-прежнему часто используется для соединения двигателей с высокоинерционными нагрузками, которые часто останавливаются и запускаются, например, штамповочные прессы, конвейеры, подъемные машины. и некоторые более крупные станки, позволяющие плавный запуск и требующие меньшего обслуживания, чем механическое сцепление или гидравлическая трансмиссия.
Приводы переменного тока представляют собой системы управления скоростью двигателей переменного тока .
Привод асинхронного двигателя с фазным ротором с управляемым скольжением (WRIM) контролирует скорость, изменяя скольжение двигателя с помощью контактных колец ротора либо путем электронного восстановления мощности скольжения, подаваемой обратно на шину статора, либо путем изменения сопротивления внешних резисторов в цепи ротора. Наряду с вихретоковыми приводами, приводы WRIM на основе сопротивления потеряли популярность, поскольку они менее эффективны, чем приводы WRIM на основе переменного/постоянного и переменного тока, и используются только в особых ситуациях.
Системы рекуперации энергии скольжения возвращают энергию в шину статора WRIM, преобразуя энергию скольжения и подавая ее обратно в источник питания статора. В противном случае такая восстановленная энергия была бы потрачена впустую в виде тепла в приводах WRIM с сопротивлением. Приводы с регулируемой скоростью и рекуперацией энергии скольжения используются в таких устройствах, как большие насосы и вентиляторы, ветряные турбины, судовые двигательные установки, большие гидронасосы и генераторы, а также маховики для хранения энергии. Системы рекуперации энергии с ранним скольжением, использующие электромеханические компоненты для преобразования переменного тока в постоянный (т. е. состоящие из выпрямителя, двигателя постоянного тока и генератора переменного тока), называются приводами Крамера , а более поздние системы, использующие приводы переменной частоты (ЧРП), называются статическими. Крамер водит машину .
В общем, ЧРП в своей базовой конфигурации управляет скоростью асинхронного или синхронного двигателя , регулируя частоту мощности, подаваемой на двигатель.
При изменении частоты ЧРП в стандартных малопроизводительных приложениях с переменным крутящим моментом с использованием управления Вольт на Герц (В/Гц) соотношение напряжения и частоты двигателя переменного тока может поддерживаться постоянным, а его мощность может изменяться в пределах минимального значения. и максимальные рабочие частоты до базовой частоты. Работа при постоянном напряжении выше базовой частоты и, следовательно, с уменьшенным соотношением В/Гц обеспечивает пониженный крутящий момент и постоянную мощность.
Регенеративные приводы переменного тока — это тип привода переменного тока, который способен восстанавливать энергию торможения нагрузки, движущейся со скоростью, превышающей скорость двигателя (ремонтная нагрузка), и возвращать ее в энергосистему.