Особенности работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в системе частотного регулирования
С.В Ястреба, генеральный директор,
ООО «Кранрос», г. Челябинск
Изучение особенностей работы асинхронных двигателей в системе частотного управления позволило создать рациональные системы привода кранов, рольгангов, лифтов. При этом наряду с получением экономии электрической энергии (а она в отдельных случаях достигает 70%), были усовершенствованы технические параметры работающего оборудования: увеличена точность, производительность, мощность и т.д. - при снижении стоимости.
В наше время электромашиностроительные заводы выпускают асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от промышленной сети: то есть, с неизменными частотой тока и напряжением на статоре. Между тем, применение вентильных преобразователей частоты, с одной стороны, открывает новые возможности в использовании электропривода, с другой - импульсный характер их работы создает ряд проблем. На эти обстоятельства указывалось уже неоднократно.
Что касается преимуществ, получены вполне реальные результаты, о которых свидетельствует продукция некоторых отечественных предприятий. Ниже на примере общепромышленных электроприводов рассмотрим те возможности, которые дает применение асинхронных двигателей, рассчитанных и изготовленных для работы в системе частотного регулирования.
Сегодня реальным процессам, происходящим в системе двигатель - преобразователь, разработчики не уделяют должного внимания. Обычно они берут серийный двигатель общепромышленного применения и подключают его к преобразователю частоты, совершенно не заботясь о совершенстве технических параметров, оптимальности и стоимости получаемой системы электропривода. Вопросы же срока службы и надежности вообще остаются без внимания.
В серийных электродвигателях приводятся данные только для номинальных режимов. Но если рассматривать весь предел регулирования, то необходимо учитывать особенности взаимодействия двигателя с преобразователем, что несомненно усложняет задачу разработки и эксплуатации электропривода. Так, в электроприводах со скалярным регулированием в области низких частот из-за уменьшения величин индуктивных сопротивлений цепей статора, при весьма малых их активных сопротивлениях, резко возрастает нестабильность поддержания тока статора, а следовательно, и момента (рис. 1). Это особенно важно учитывать при проектировании частотно-регулируемых приводов для грузоподъемных средств: лифтов, кранов, талей, лебедок, рольгангов и транспортных средств.
В области частот выше номинальных магнитный поток машины уменьшается не прямо пропорционально частоте, а гораздо интенсивнее - за счет увеличения индуктивности статора. На практике эти трудности обычно пытаются преодолеть, завышая установленную мощность двигателей и преобразователей частоты, в конечном счете, значительно повышая и стоимость электропривода.
Анализ стоимости исходных материалов, применяемых для изготовления двигателей, показывает, что они имеют устойчивую тенденцию к повышению. Соответственно растет и цена конечного изделия. Цены же на преобразователи частоты имеют тенденцию к снижению. В результате в отдельных видах приводов стоимость двигателей и преобразователей почти сравнивается.
Отсюда следует вывод, что совершенствование двигателей путем разработок специальных модификаций для каждого конкретного привода приносит, как показал наш опыт, большой эффект за счет снижения стоимости привода, повышения качества технологического процесса и надежности системы в целом.
При этом двигатель, предназначенный для работы от преобразователя частоты, должен обладать конструкцией, принципиально отличной от двигателей общепромышленного производства. Это прежде всего относится к разработке двигателей, имеющих другую магнитную систему, другую конфигурацию пазов ротора и материалов короткозамкнутой клетки.
Обмотка двигателей должна иметь более надежную витковую изоляцию и более высокую степень пропитки, поскольку наличие на выходе преобразователя повышенных напряжений высокой частоты может повредить обычные системы изоляции. Определенные сложности представляют и подшипниковые токи, особенно в двигателях мощностью 75 кВт и выше, которые могут привести к преждевременному выходу из строя подшипникового узла и присоединяемых к двигателям импульсных датчиков скорости (энкодеров). Поэтому электродвигатели, работающие с преобразователями частоты, должны иметь следующие основные особенности.