Вентильно-реактивные электроприводы в насосостроении
На сегодняшний день в области электромашиностроения преобладает старая идеология – изготавливаются и эксплуатируются электромашины классического стиля: асинхронные, синхронные, постоянного тока и т.д., конструкция которых была разработана почти два века назад. Этим электромашинам присущ целый ряд недостатков, которые еще в прошлом веке имели не решающее значение при приобретении той или иной электромашины.
В нынешнее время подобные машины имеет смысл применять в производствах, где они работают подавляющее количество времени в номинальном режиме. Но такие производства в общем объеме составляют не более 10%. Остальные требуют от электромашин, в частности от электроприводов, более гибкого отношения к неноминальным (частичным) нагрузкам, в том числе за счет регулирования частоты вращения. Они должны иметь во всем диапазоне регулирования частоты вращения стабильно высокий КПД, по возможности работать по кривой равной мощности: снижение частоты вращения ведет к увеличению момента на валу электропривода. При поддержании постоянной частоты вращения привод должен потреблять энергию, пропорциональную моменту сопротивления. Таким условиям отвечают, пожалуй, машины постоянного тока, но они дороги, сложны, требуют квалифицированной эксплуатации. Более или менее подходит под эти условия комбинация: «асинхронный электродвигатель + частотный преобразователь», но из‑за плохой совместимости они эффективно работают при регулировании частоты вращения в диапазоне ±30% от номинала, и увеличение этого диапазона приводит к неоправданному усложнению частотного преобразователя и, соответственно, к увеличению его цены.
Еще в XIX веке была разработана технология вентильных электромашин, но из‑за отсутствия технических средств для ее осуществления она была временно подзабыта.
В конце прошлого века были разработаны и запущены в серийное производство управляемые транзисторы (IGBT и MOSFET), которые возродили идею на совершенно новом уровне, а сочетание ее с цифровой системой управления на базе современных высокопроизводительных микропроцессоров позволяет уже сегодня получать более высокоэффективные, чем традиционные, электромашины (электроприводы и генераторы), как в серийном, так и в уникальном исполнении с характеристиками и свойствами, достичь которые традиционные машины просто не в состоянии.
Существует целое семейство вентильных электромашин. Наиболее перспективными из них, по мнению автора и по мнению большинства зарубежных специалистов, являются вентильно-реактивные машины из‑за их более простой конструкции электромагнитной системы и дешевизны (надо при этом отметить, что система цифрового управления и силовая электронная часть для всех разновидностей вентильных машин практически одинаковы). Кроме этого, для вентильно-реактивных машин доступны более высокие частоты вращения из‑за отсутствия необходимости жестко закреплять постоянные магниты на роторе, механическая прочность электротехнической стали позволяет организовывать в вентильно-реактивных электромашинах частоты вращения до 200 тыс. об/мин и более.
Фирма «Каскод» и ООО «Свободинский электромеханический завод» в течение последних трех лет целенаправленно занимаются освоением технологии вентильно-реактивных электромашин и имеют на этом поприще определенные успехи.
На сегодняшний день в достаточной степени отработаны конструкции комплектных вентильно-реактивных приводов (КВРП) мощностью 3 и 4 кВт при номинальных частотах вращения 3000 и 6000 об/мин, с глубиной регулирования частоты вращения соответственно от 500 до 6000 и от 500 до 12000 об / мин. К концу текущего года ООО «СЭМЗ» планирует выпустить первые партии первой серийной электромашины мощностью 4 кВт. Эти приводы имеют присоединительные размеры, аналогичные асинхронным двигателям мощностью 4 кВт при 3000 об/мин.
Область применения данных приводов достаточно разнообразна, но хотелось бы остановиться более подробно на применении их в качестве электроприводов для центробежных и поршневых насосов.
Поскольку центробежные насосы (так же как и газовые вентиляторы) работают по вентиляторной мощностной характеристике, то они идеально подходят в качестве нагрузки для КВРП, так как при классическом расположении колеса охлаждающего вентилятора на валу КВРП, он тоже работает по вентиляторной характеристике, но ее кривая расположена немного выше кривой насосов и вентиляторов, т.е. у привода на всем диапазоне изменения частот вращения имеется некоторый запас мощности.
На основании этого можно создавать полностью автоматизированные насосные установки без дополнительных систем автоматики, так как микропроцессор управления электроприводом имеет около 40% свободного ресурса, которые можно использовать для управления агрегатом («привод + насос», «привод + вентилятор») в целом.
Комплектные вентильно-реактивных приводы уже оснащены системой связи по CAN-протоколу, что значительно облегчает их использование и не увеличивает существенно финансовые затраты потребителя, которому нужно приобрести и одновременно управлять несколькими приводами одновременно. Недорогой специализированный контроллер или персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением и трехпроводной кабель могут осуществлять одновременное управление 60 приводами типа КВРП (причем вероятность ошибки управления практически исключается).
В 2006 году фирма «КАСКОД» и ООО «СЭМЗ» планируют создать для своих вентильно-реактивных приводов электромагнитные подшипники вместо механических, которыми будет управлять все тот же процессор (но более мощный). Это может значительно повысить (в несколько раз) моторесурс приводов (а значит, и насосов и вентиляторов в моноблочном исполнении).
Юрий МИРОНОВ Источник: http://www.eprussia.ru |
