Новости

16 июня 2017
Общие вопросы выбора частотно-регулируемого привода
25 мая 2017
Как выбрать электродвигатель.
17 апреля 2017
Использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП).
10 апреля 2017
Преимущества частотно-регулируемых приводов (ЧРП).
29 марта 2017
Эксплуатация электродвигателей при частотах и напряжениях, отличных от номинальных.

Новости нефтяного рынка

Как выбрать электродвигатель.

 

Решение задачи выбора электродвигателя в каждом отдельном случае зависит от количества и типа факторов, которые необходимо учитывать. В данной статье будут рассмотрены как основные из них, так и некоторые специфические.

 Выбор типа электродвигателя

Первым вопросом, который необходимо решить, является вопрос определения типа электродвигателя, наиболее подходящего для решения поставленной задачи.

Существует три наиболее распространенных типа электродвигателей:

-      синхронные;

-      асинхронные (в данной статье будут рассматриваться только с короткозамкнутым ротором);

-      постоянного тока.

Кроме упомянутых выше существуют так же шаговые, линейные, торцевые двигатели и т.д., но они зачастую применяются для решения специальных задач, ввиду чего широкого распространения не имеют и в данной статье рассматриваться не будут.

Разберем вкратце основные преимущества и недостатки каждого из трех вариантов.

Начнем с двигателей постоянного тока (ДПТ), которые в регулируемых электроприводах получили широкое распространение благодаря тому, что ими научились управлять уже в те времена, в которые о преобразователях частоты еще даже не задумывались. Основными преимуществами ДПТ являются:

-      относительно простое регулирование в широком диапазоне частот вращения;

-      возможность как прямого так и плавного либо форсированного пуска под полной нагрузкой;

-      возможность динамического и рекуперативного (генераторного) торможения, а так же торможения противовключением.

К недостаткам ДПТ можно отнести следующие факторы:

-      низкая надежность щеточно-коллекторного узла из-за его механического износа;

-      необходимость обслуживания щеточно-коллекторного узла;

-      при подключении к сети переменного тока необходимо использование выпрямителя;

-      просадка частоты вращения при увеличении нагрузки.

Вторыми рассмотрим асинхронные двигатели (АД), являющиеся не менее распространенными чем ДПТ. Начнем с преимуществ АД:

-      простая и надежная конструкция;

-      возможность прямого пуска от сети в том числе при полной нагрузке (при полной нагрузке только АД с Мпускном ≥ 1);

-      возможность динамического и рекуперативного (генераторного) торможение, а так же торможения противовключением.

Недостатки АД:

-      просадка частоты вращения при увеличении нагрузки;

-      высокие пусковые токи при прямых пусках;

-      низкий коэффициент мощности, особенно при малых нагрузках;

-      регулирование частоты вращения ротора возможно только при использовании преобразователя частоты.

Последними рассмотрим синхронные двигатели (СД) и начнем с их преимуществ:

-      высокий коэффициент полезного действия;

-      возможность изменять коэффициент мощности в широком диапазоне значений вплоть до опережающих значений* (для СД с обмотками возбуждения);

-      высокая перегрузочная способность;

-      поддержание частоты вращения ротора неизменной при любой нагрузке на валу;

-      наилучшие показатели удельной мощности (Вт/кг), особенно для СД с возбуждением от постоянных магнитов;

-      возможность прямого пуска от сети при наличии пусковой обмотки ротора;

-      возможность организации рекуперативного (сложно реализуемо на практике) и динамического торможения.

Недостатки СД:

-      сложность прямого пуска** от сети или вовсе его невозможность (при отсутствии пусковой обмотки);

-      низкий пусковой момент при прямом пуске от сети в асинхронном режиме;

-      наличие щеточно-контактного узла и необходимость дополнительного источника питания обмотки возбуждения (при независимой системе возбуждения);

-      возможность изменения частоты вращения ротора только при использовании преобразователя частоты.

Как видно из вышеизложенного, каждый из рассматриваемых вариантов обладает как достоинствами так и недостатками. Идеального варианта, который подходил бы для решения любых задач и в любых условиях не существует.  В каждой конкретной ситуации на основании требований технического задания и особенностей применения, выбор подходящего варианта осуществляется, как правило, индивидуально. Для упрощения понимания логики осуществления выбора рассмотрим несколько примеров.

 

Пример первый. Необходимо подобрать двигатель для привода перекачивающего насоса, при этом привод должен обеспечивать возможность плавного либо ступенчатого регулирования расхода перекачиваемой жидкости, а сама система регулирования должна быть недорогой и простой в обслуживании. В данном примере требования к системе управления отметают возможность использования преобразователя частоты и единственным возможным вариантом оставляют ДПТ с релейно-контакторной системой управления, являющейся достаточно простой и относительно недорогой в обслуживании. Такое решение соответствует всем предъявляемым требованиям, однако, является далеко не самым надежным. И в случае если к электродвигателю будет предъявлено требование по надежности и эксплуатационному ресурсу в качестве обязательного, то при осуществлении выбора необходимо будет идти на компромисс в части требований к системе управления, а именно на допущение увеличения ее стоимости, ввиду необходимости использования преобразователя частоты. Использование преобразователя частоты, в таком случае, кардинально изменит ситуацию и выбирать уже придется между АД и СД. В такой ситуации, если речь идет о приводе малой или средней мощности, то предпочтение следует отдать либо АД с короткозамкнутой обмоткой ротора либо СД с возбуждением от постоянных магнитов как наиболее простым по конструкции и наиболее надежным. Однако, если речь идет о приводе большой мощности, то предпочтительнее будет выбрать классический СД с обмоткой возбуждения, который обеспечит не только высокий уровень надежности и необходимый ресурс, но и станет при этом максимально энергоэффективным решением во всем диапазоне регулирования привода.

 

Второй пример. Данный пример основан так же на одном из самых распространенных видов приводов, а именно на приводах вентиляторов. Многие наверняка знают, что в качестве нерегулируемых приводов вентиляторов, особенно маломощных, имеющихся на любом предприятии, используются, как правило, АД. Но почему именно АД занимают такое господствующее положение в данном виде приводов? Дело не только в стоимости такого решения, хотя это один из важнейших аспектов. Дело еще и в том, что это наиболее простое техническое решение, не требующее никаких специальных систем управления, источников питания, выпрямителей и т.д. Подключение или отключение АД может осуществляться обычным пускателем или даже автоматом. Ему не требуется выпрямитель, как ДПТ, или сложный пуск в асинхронном режиме с последующим втягиванием в синхронизм как СД. Его относительно низкая энергоэффективность при малых уровнях энергопотребления не играет практически никакой роли. Таким образом, простота его эксплуатации, низкая стоимость и высокая надежность вкупе с практически полностью отсутствующей необходимостью текущего обслуживания делают АД, по сути, безальтернативным решением для многих видов приводов, в том числе и для приводов вентиляторов.

 

Третий пример. Для конвейерной линии требуется привод обеспечивающий, кроме прочего, поддержание стабильной производительности линии независимо от уровня нагрузки. Ограничения по возможности применения преобразователя частоты отсутствуют. В данном случае можно выбрать как синхронный так и асинхронный привод с питанием от преобразователя частоты. Алгоритмы как одного так и другого привода позволят соблюсти требование по поддержанию производительности конвейера. В данной ситуации окончательный выбор в пользу того или иного варианта целесообразно делать на основании комплексного анализа требований ТЗ и технологических особенностей производственного процесса в котором данная конвейерная линия задействована.

 

Единственное, что хотелось бы добавить ко всему вышесказанному, это тот факт, что активное развитие преобразователей частоты приводит к постепенному вытеснению ДПТ из тех областей электропривода в которых ранее они занимали доминирующее положение. В случае сохранения имеющейся тенденции и темпов, ДПТ будут вытеснены в область специальных решений, в которых применение именно ДПТ будет являться наиболее целесообразным по тем или иным причинам.

 Определение специфики электродвигателя

Поскольку специфические факторы могут существенно сузить круг рассматриваемых вариантов, выбор целесообразно продолжить определением именно этих факторов. Такими факторами, в данном случае, могут быть условия эксплуатации привода в непосредственном контакте с взрывоопасными или агрессивными средами, или с погружением в них. Также к ним можно отнести воздействия радиации, высоких давлений и т.п. Вариантов специфических требований, с одной стороны, существует не так уж и много, но с другой стороны, если выбираемый электродвигатель предполагается эксплуатировать именно в особых условиях, то их необходимо учитывать, поскольку в данной ситуации поиск нужного варианта в каталогах, например, общепромышленного оборудования станет пустой тратой времени.

Стратегия действий на данном этапе достаточно проста. Исходя из требований технического задания (при его наличии) или сведений об условиях эксплуатации выявляется специфика электродвигателя, на основании которой в соответствующих каталог производится поиск подходящего оборудования с учетом прочих параметров, о которых речь пойдет ниже.

Выбор мощности электродвигателя

В одних ситуациях данная задача может решаться достаточно просто, но в ряде других - может вызвать некоторые затруднения в силу того, что существует немало факторов, влияющих на выбор мощности и в каждой отдельно взятой ситуации эти факторы могут существенно различаться, могут отсутствовать вовсе, а могут и одновременно несколько из них встретиться в одной задаче. Но какими бы не были эти факторы, главное в данном случае - это способность двигателя развивать требуемую мощность и момент во всех режимах работы привода при сохранении теплового состояния на уровне, не превышающем тот, который допустим для имеющегося класса изоляции. Другими словами, двигатель должен и задачу свою выполнять и не перегреваться в процессе работы при любых внешних факторах и на любых режимах, соответствующих положениям эксплуатационной документации.

Разберем по отдельности некоторые из этих факторов с точки зрения оказываемого ими влияния на рассматриваемую характеристику. Одним из основных факторов, требующих внимания, является режим работы. Режимы работы, по своим характерным особенностям, могут быть разные: продолжительные, кратковременные, с постоянной или с переменной нагрузкой, с пусками и торможениями, реверсивные и т.д. Каждый из этих режимов предъявляет свои требования к системе. Например, для режима с переменной нагрузкой или кратковременного режима, в зависимости от уровня нагрузки или продолжительности работы привода, совсем не обязательно выбирать двигатель с установленной мощностью равной или превышающей максимальную мощность нагрузки. Если привод основную часть времени работает на малых нагрузках или вовсе простаивает, а под максимальной нагрузкой работает, например, несколько секунд/минут при длительности цикла, исчисляемой в десятках минут или часов, то допустимо использование двигателя мощностью меньшей, чем максимальная мощность исполнительного механизма. Однако окончательное значение данной характеристики определяется расчетным путем, который в данной статье не приводится. Отметим лишь, что упомянутые расчеты являются задачей многокритериальной и учитывают не только уровень и продолжительность перегрузок, а так же прочие характеристики режимов работы, но и интенсивность тепловыделения, тепловую инерционность и эффективность теплоотвода самого двигателя, условия его эксплуатации и т.д. В некоторых случаях, в зависимости от производителя, в документации на двигатели могут быть указаны допустимые уровни и продолжительность перегрузок, что существенно упрощает задачу и в ряде случаев позволяет решить ее не прибегая к сложным расчетам. Тем не менее, существуют иные факторы, которые могут косвенно влиять на уровень установленной мощности и нужно очень внимательно их выявлять и учитывать. К таким факторам можно отнести, например, питание электродвигателя от преобразователя частоты (ПЧ). Напряжение, формируемое на выходе ПЧ, содержит высшие гармоники, уровень которых превышает уровень гармоник напряжения сети. Высшие гармоники напряжения и тока создают в двигателе дополнительные потери, которые при питании от ПЧ превышают аналогичные потери, возникающие при питании от сети. Исходя из указанного, в случае, если двигатель предполагается эксплуатировать в составе частотно-регулируемого привода, его мощность нужно выбирать с дополнительным запасом (конкретная величина запаса определяется качеством напряжения на выходе ПЧ) относительно уровня нагрузки.

Еще в качестве одного из примеров косвенных факторов можно привести ситуацию с просадкой питающего напряжения. Причин для этого может быть несколько. Это и "слабая" трансформаторная подстанция и потери напряжения в токоведущей линии и периодические пуски мощного оборудования в соседнем цехе и т.д. Если по тем или иным причинам возможность исключения просадок напряжения отсутствует, то выбор мощности необходимо осуществлять с учетом данного фактора.

Выше были приведены лишь некоторые из аспектов, влияющих на данный выбор. Описать все существующие ситуации, а так же алгоритм действий в каждой из них, в рамках одной статьи, не представляется возможным, ввиду чего перейдем к следующему разделу.

 

Выбор электродвигателя по пусковым характеристикам 

Под пусковыми характеристиками понимаются значения пусковых токов и пусковых моментов, которые приводятся в документации на электродвигатели, а так же в каталогах производителей. Значения пусковых токов и напряжений, как правило, указываются не в абсолютных значениях, а в относительных единицах, соответствующих кратностям пусковых токов и моментов по отношению к номинальным значениям соответствующих величин. Кратность пускового момента указывает на то, при каком относительном значении момента нагрузки на валу, двигатель способен запускаться и выходить на номинальный режим. Иными словами для разных типов нагрузки (постоянного типа, вентиляторного типа и т.п.) оптимальны будут разные исполнения двигателей.

Прочие параметры электродвигателя 

Кроме всего перечисленного выше, само собой, требуется учитывать такие параметры как значение номинального напряжения, частота вращения ротора, способ монтажа, степень защиты (код IP), так же не стоит забывать и о показателях энергоэффективности и прочие характеристики. Останавливаться отдельно на каждом из этих параметров нецелесообразно, поскольку они учитываются достаточно просто и сложностей вызывать не должны.

 

Заключение

Выбор электродвигателя, как видно из всего изложенного выше, является задачей не только технически сложной, но еще и, в некотором смысле, творческой. Мы надеемся, что наша статья поможет вам сделать правильный выбор. А если у вас все же возникнут какие-либо сложности с решением данной задачи, вы всегда можете задать свои вопросы нашим инженерам по электродвигателям.

Отправить заявку

Посмотреть каталог оборудования

 

Примечания: 

* под опережающим коэффициентом мощности понимается значение, отличное от единицы и соответствующее режиму, при котором синхронный электродвигатель, продолжая потреблять активную мощность из сети, реактивную мощность напротив отдает в сеть. Данный режим возможен для СД с обмотками возбуждения и достигается путем увеличения тока возбуждения.

** прямой пуск СД от сети выполняется в два этапа. На первом выполняется асинхронный пуск с помощью пусковой обмотки, при этом обмотка возбуждения, как правило, замыкается на сопротивление. На втором - обмотка ротора переключается с сопротивления на источник постоянного напряжения и двигатель втягивается в синхронизм. Кроме того, сложность прямого пуска СД от сети заключается в еще и в том, что пусковой момент СД, как правило, ниже номинального момента, что ограничивает возможность пуска СД под нагрузкой.

<< Вернуться к списку новостей