Двигатели лифтов как генератор

Регулируемый лифтовый привод постоянного тока

Приводы постоянного тока обычно применяются в скоростных лифтах, поскольку обладают очень хорошими регулировочными характеристиками и могут обеспечить диаграмму движения кабины лифта, близкую к оптимальной, а также высокую точность остановки кабины.

До недавнего времени обычно применялись при этом приводы по системе «генератор-двигатель» с возбудителем генератора. Однако, в настоящее время наиболее часто применяется привод по системе «тиристорный преобразователь-двигатель» (ТП-Д). Изменением

напряжения на якоре двигателя Д (рис. 12.50) с помощью тиристорного преобразователя ТП обеспечивается плавное изменение скорости, определяемое приведенными на рис. 12.506 механиче-скими характеристиками электропривода.

Существенным достоинством тиристорного преобразователя является его весьма малая инерционность по сравнению о генератором постоянного тока. Это облегчает формирование требуемых динамических характеристик электропривода. Коэффициент полезного действия привода ТП-Д выше, чем у системы Г-Д. Кроме того, отсутствие вращающегося преобразователя (генератора постоянного тока с синхронным или асинхронным двигателем) уменьшает шум и вибрации.

Однако следует учитывать, что у тиристорного электропривода имеются и недостатки. Основными из них являются низкий коэффициент мощности, увеличи-вающий потребление реактивной мощности из сети, и высшие гармонические, появляющиеся в питающей сети при работе тиристорного преобразователя. Вследствие этого использование системы ТП-Д при слабых питающих сетях затруднено.

Кроме того, односторонняя проводимость тиристоров требует принятия специальных схемных решений для обеспечения реверса двигателя, что усложняет схему управления.

Известны различные способы построения схем реверсивных электроприводов: изменением полярности на обмотке возбуждения двигателя, изменением полярности на зажимах якоря специальными переключателями (реверсорами) изменением полярности напряжения на зажимах якоря с помощью двух комплектов тиристорных преобразователей. Наибольшее распространение получил последний способ, хотя он усложняет и удорожает электропривод, поскольку при этом обеспечивается максимальное быстродействие привода при торможении.

Большинство реверсивных электроприводов с двумя комплектами тиристорных преобразователей выполняется по встречно-параллельной схеме. На рис. 12.51 приведены трехфазная нулевая (а) и мостовая (б) встречно-параллельные схемы реверсивного электропривода, применяющиеся в электроприводах подъемных машин.

Рис.12.50. Электропривод постоянного тока с реверсивным тиристорным преобразователем

Рис. 12.51. Силовые схемы приводов постоянного тока с реверсивными тиристорными преобразователями

Реверсивный преобразователь, питающий якорь двигателя, состоит из двух нереверсивных преобразователей ТП1 и 7772 с общим силовым трансформатором Тр.

Работа в I и IV квадрантах осуществляется, когда включена, например, группа тиристоров 1Т-ЗТ (рис.12.51 а) или 1Т-6Т (рис.12.51 б), а во II и III квадрантах -тиристоры 4Т-6Т или 7Т-12Т соответственно.

Для преобразователя по схеме рис. 12.51 а двигательный режим I (III) квадрантах осуществляется, когда тиристоры 1Т-ЗТ (4Т-6Т) работают в реже выпрямления, а другой комплект тиристоров 4Т-6Т (1Т-ЗТ) при этом либо закрыт, либо подготовлен для работы инвертором. Во II (IV) квадрантах группа 4Т-6Т (1Т-ЗТ) является инверторной, а вторая группа тиристоров закрыта либо подготовлена для работы в выпрямительном режиме.

Применяется несколько способов управления реверсивными комплектами тиристоров. При совместном управлении управляющие сигналы подаются на оба комплекта так, чтобы среднее значение э.д.с. инверторной группы не было меньше э.д.с. выпрямительной группы. Под действием разности мгновенных значений э.д.с. между двумя группами тиристоров протекают уравнительные токи. Для их ограничения устанавливаются уравнительные реакторы PI, Р2 (рис. 12.51а) или Р1-Р4 (рис. 12.516). Для сглаживания пульсации выпрямленного тока включен сглаживающий дроссель Др.

Структура привода отечественного скоростного лифта (разработан институтом ВНИИЭЛЕКТРОПРИВОД) показана на рис. 12.52. Привод включает в себя двигатель М, тиристорный преобразователь 777, регулятор тока РТ, регулятор скорости PC, регулятор положения кабины в зоне точной остановки РП, датчики тока ДТ, скорости ДС и положения кабины ДП, задатчик интенсивности ЗИ, потенциометр П задания сигналов большой и малой скорости, контакты РЗ реле заведения, включающегося при заходе кабины в зону замедления этажа назначения, контакты реле точной остановки РТО, которое включено в режимах разгона, равномерного движения и замедления и отключается при заходе кабины в зону точной остановки.

Рис. 12.52. Система регулирования привода постоянного тока скоростного лифта

Привод построен по принципу подчиненного регулирования параметров (положения кабины, скорости и тока), когда сигнал задания внутреннего контура регулирования (например, тока) определяется выходным сигналом регулятора внешнего контура (в данном случае скорости). Привод предусматривает два режима работы:

регулирование скорости, когда сигнал на вход подается от источника постойного напряжения через потенциометр П (работают два контура регулирования скорости и тока), и режим точной остановки, при котором сигнал поступает от датчика положения кабины ДП (подключается третий контур регулирования положения).

При пуске кабины высокое напряжение с потенциометра П через замкнутый размыкающий контакт реле замедления РЗ и замкнутый замыкающий контакт реле точной остановки РТО поступает на вход задатчика интенсивности ЗИ (третий контур регулирования положения отключен при этом разомкнутым размыкающим контактом реле РТО). Задатчик интенсивности преобразует поступивший на его вход скачкообразный сигнал в плавно нарастающий с учетом ограничений на величины рывка и ускорения (диаграмма 1 на рис. 12.53). Контур регулирования скорости с помощью контура регулирования тока (и момента) двигателя с высокой точностью отрабатывает этот сигнал, обеспечивая увеличение скорости привода до установившейся большой скорости (диаграмма 2 на рис. 12.53). При подходе кабины к зоне точной остановки этажа назначения включается реле замедления РЗ, которое переключением своих контактов на рис. 12.52 скачком уменьшает снимаемый

с потенциометра П сигнал до величины, определяющей малую скорость привода. Задатчик интенсивности ЗИ преобразует это скачкообразное уменьшение сигнала в плавно уменьшающееся задание на входе регулятора скорости РС, а привод обеспечивает плавное замед-ленние кабины с учетом ограничений, накладываемых на рывок и ускорение (рис. 12.53).

При заходе кабины в зону точной остановки отключается реле РТО, которое своими контактами (рис.12.52) отключает от входа задатчика интенсивности ЗИ потенциометр П и подключает выход регулятора положения РП. Выходной сигнал регулятора положения РП и включенного на его входе датчика положения (схема и характеристики этого датчика описаны ранее) пропорционален отклонению кабины от заданного уровня остановки кабины, поэтому по мере приближения кабины к заданному уровню этот сигнал будет уменьшаться, а вслед за этим будут уменьшаться выходной сигнал задатчика интенсивности и скорость кабины (рис. 12.53). Нулевому отклонению кабины от заданного уровня соответствует и нулевое значение сигнала задания скорости. Таким образом, торможение кабины осуществляется в данном случае не за счет момента, создаваемого механическим тормозом, а за счет слежения за отклонением кабины от заданного уровня и приближения этого отклонения к нулевому (или близкому к нему) за счет работы замкнутого по положению контура регулирования. При этом точность остановки кабины может быть обеспечена значительно лучше, чем при нерегулируемых приводах.

Рис.12.53. Диаграмма изменения выходного сигнала задатчика интенсивности (1) и скорости (2) при работе привода постоянного тока скоростного лифта

Двигатели лифтов как генератор

Настоящее изобретение относится к области проблем энергосбережения, в частности к способам рекуперации энергии движения лифта.

Значимость настоящего изобретения определяется количеством энергии, которая может быть получена и в дальнейшем полезно использована. Независимо от назначения лифта, энергия определяется потенциальной энергией груза, которая при скорости движения лифта, равной 1 м/с, обеспечивает мощность в 10 Вт на каждый килограмм груза. Очевидно, что при спуске одного пассажира весом 60 кг, мощность потенциальной энергии этого движения составляет 600 Вт.

Известен ряд технических решений, направленных на использование упомянутой выше энергии. Как правило, целью этих решений является получение электроэнергии и возврат ее в электрическую цепь.

Известно также техническое решение рекуперации энергии торможения лифта (патент WO 2012074494 А1, 07.06.2012), в котором генератор постоянного тока вырабатывает электроэнергию при спуске груза, а электродвигатель, тоже постоянного тока, отдает эту энергию при подъеме груза. В этой системе используется закрытый многоступенчатый шестеренчатый редуктор.

Недостатком этого технического решения является использование в этой системе упомянутого редуктора, так как это вызывает необходимость разработки и изготовления редукторов разных типоразмеров для лифтов разной грузоподъемности и снижает КПД системы, т.к. КПД каждой ступени шестеренчатой передачи равен 0,93. Высокая стоимость редуктора снижает также экономическую эффективность изобретения.

Импульсный характер, нестабильность по частоте, сложность и высокая стоимость устройств (до 60000 руб. за комплект) тормозят внедрение известных технических решений.

Целью настоящего изобретения является использование потенциальной энергии при спуске груза в лифте независимо от конструкции лифтовой лебедки и без активной связи с электросетью лифта.

Эта цель достигается путем создания автономного энергетического устройства, включающего в себя генератор постоянного тока, электродвигатель постоянного тока, механически сочлененных с тросовым шкивом лебедки и накопителем электроэнергии с управляющим реле без использования специальных дорогостоящих элементов.

Механическая связь между тросовым шкивом, генератором и двигателем осуществляется открытой одноступенчатой шестеренчатой передачей между зубчатым валом, закрепленным на тросе тросового шкива и шестерней, устанавливаемой на валах генератора и двигателя.

В качестве зубчатого венца могут быть использованы находящиеся в свободной продаже зубчатые валы моховиков автомобильных двигателей.

На фиг. 1 приведена схема по реализации предлагаемого способа.

На фиг. 2 приведена схема электромеханического реле управления устройства.

Для обеспечения рекуперации энергии торможения в лифте на тросовом шкиве 1 (фиг. 1) лебедки закрепляется зубчатый венец 2 (аналог зубчатого венца на маховике ДВС).

Венец сочленяется с генератором постоянного тока 3 и электродвигателем 4. Крепление последних осуществляется на опорной конструкции 5, используемой для установки элементов электронакопителя 6 и управляющего реле 7.

Сочленение генератора и электродвигателя с зубчатым венцом осуществляется с помощью шестеренок, установленных на их валах с передаточным числом, соответствующим характеристикам (по числу оборотов) генератора и двигателя.

В качестве накопителя электроэнергии могут быть использованы автомобильные конденсаторные накопители, применяемые в гибридных автомобилях.

Управляющее реле (электромагнитное) обеспечивает соединение генератора с накопителем во время спуска груза и соединение электронакопителя с двигателем во время подъема груза. Такой режим обеспечивается полярностью постоянного тока генератора, вырабатываемого как при спуске, так и при подъеме груза.

Режим работы устройства по предлагаемому способу следующий.

При спуске груза генератор, используя часть потенциальной энергии спускаемого груза, вырабатывает электроэнергию, которая накапливается в электронакопителе. Электродвигатель при этом отключен. При подъеме генератор продолжает работу, сменив полярность тока, без нагрузки и лишь питая управляющее реле, которое соединяет накопитель с электродвигателем, который отдает свою мощность на подъем груза, в помощь основному двигателю лебедки. Таким образом используется рекуперация потенциальной энергии спускаемого груза для использования ее при подъеме груза. Это облегчает режим работы основного двигателя лебедки и, тем самым, обеспечивает экономию электроэнергии. Параметры входящих в систему элементов должны быть определены в зависимости от типа лифта.

Положительный эффект предлагаемого способа определяется следующим:

— использование предлагаемого способа в производстве лифтов может снизить электропотребление при эксплуатации;

— возможный экономический эффект определяется большим количеством эксплуатируемых лифтов (более 10000 только в Москве);

— установка предлагаемого устройства не требует значительных конструктивных переделок существующих лебедок, за исключением установки на шкиве зубчатого венца;

— установка аппаратуры по предлагаемому способу посильна техническому персоналу, обслуживающему лифты.

Способ рекуперации энергии движения лифта с использованием генератора постоянного тока при спуске груза, двигателя постоянного тока при его подъеме и промежуточного накопителя электроэнергии, отличающийся тем, что механическая связь между тросовым шкивом, генератором и двигателем осуществляется открытой одноступенчатой шестеренчатой передачей между зубчатым венцом, закрепленным на торце тросового шкива, и шестернями, закрепленными на валах генератора и двигателя.

Двигатели лифтов как генератор

Лифт (англ. to lift — поднимать) — разновидность грузоподъёмной машины, предназначенная для вертикального или наклонного перемещения грузов на специальных платформах, передвигающихся по жёстким направляющим [1] .

Содержание

• 1 История
• 2 Классификация
• 3 Устройство
• 4 Эксплуатация
• 5 Проблемы проектирования лифтовых систем
• 6 Безопасность и обслуживание
  • 6.1 Общее положение
  • 6.2 Обслуживание и ремонт
  • 6.3 Пожарная безопасность лифтов
    • 6.3.1 Режим «Пожарная опасность»
    • 6.3.2 Режим «Перевозка пожарных подразделений»
  • 6.4 Признаки изношенности ходовой части лифта
• 7 Лифты в кинематографе
• 8 Интересные факты
• 9 Основные глобальные производители лифтового оборудования
• 10 См. также
• 11 Примечания

История [ править | править код ]

Впервые о лифте писал римский архитектор Витрувий, ссылавшийся, в свою очередь, на Архимеда, который построил подъёмный аппарат, вероятно, ещё в 236 году до н. э. [2]

Более поздние упоминания о лифтах датируются серединой VI века (лифты Монастыря Святой Екатерины в Египте), первой четвертью XVIII века (во Франции) и XVII века (лифт Виндзорского замка в Великобритании, «Летающий стул» Велайера в одном из парижских дворцов) [2] . В XVIII веке пассажирские лифты начали применяться в Российской империи (лифты дворцовых построек Царского Села, подмосковной усадьбы Кусково, подъёмные стол и кресло в петродворцовском Эрмитаже). В 1795 году И. П. Кулибин разработал конструкцию винтового пассажирского лифта (подъёмных и спускных кресел) для Зимнего дворца. В 1816 году лифт был установлен в главном доме подмосковной усадьбы Архангельское. [2]

В 1854 году Э. Г. Отис продемонстрировал своё устройство безопасности — ловители — в Кристалл Паласе на выставке в Нью-Йорке. Отис остановился на открытой платформе подъёмника и топором обрубил удерживавший её канат. При этом платформа оставалась на месте и не падала в шахту благодаря ловителям [2] .

Первый пассажирский лифт-подъёмник был установлен в Нью-Йорке в 1857 году. Устройство безопасности Отиса в сочетании с использованием стальных каркасов зданий дало возможность строить небоскрёбы.

В 1859 году фирма Отиса поставила в отеле «Пятая авеню» винтовой лифт. От подвала до чердака здание пронизывал огромный металлический винт, а кабина ходила по нему как гайка. Винт вращался через шкив ремнём от паровой машины, стоявшей в подвале. Когда винт вращался вправо, кабина шла вверх, влево — вниз. Чтобы кабина не вращалась вместе с винтом, вдоль одного её угла в шахте лифта проходил рельс-ограничитель. Но эта система оказалась медленной, неудобной и дорогой. Было смонтировано только два таких лифта. В отеле он был заменён в 1875 году. В этот период лифты, как правило, приводились в движение паровой машиной по направляющим, подъёмные канаты наматывались и сматывались с барабана.

В 1867 году на Всемирной выставке в Париже были впервые показаны гидравлические лифты, которые имели ряд преимуществ по сравнению с канатными. Позже такой лифт установили на Эйфелевой башне. На этих лифтах удалось достичь высокой скорости движения кабины — до 3,5 м/с, но из-за значительной первоначальной стоимости и эксплуатационных расходов пришлось от них отказаться [3] .

В 1878 году был изобретён ограничитель скорости, позволяющий включать ловители при превышении номинальной скорости.

Первый электрический лифт был запатентован в 1861 году всё тем же Отисом. Первый электрический пассажирский лифт с реечным механизмом был изготовлен немецкой фирмой Siemens & Halske в 1880 году. Он поднимался на высоту 22 метра за 11 секунд. Первый электрический лифт фирмы «Отис» был смонтирован в одном из нью-йоркских небоскрёбов в 1889 году. С тех пор проблема подъёма больше не сдерживала рост зданий вверх. В конце XIX века появились лебёдки с канатоведущими шкивами, это были лебёдки с двойным обхватом шкива.

К началу XX века электрические лифты получили широкое распространение, постепенно вытесняя лифты с другими типами приводов. В 1920-х годах появились лебёдки с одинарным обхватом канатоведущего шкива, которые широко применяются и сейчас.

В Российской империи не было большого количества высоких инженерных сооружений в силу большого количества земельного фонда. Лифты в большинстве случаев использовались только в промышленности. В связи с Первой мировой войной, сменой власти, Гражданской войной и экономическим спадом отечественное лифтостроение сильно отставало от зарубежного.

После окончания Великой Отечественной войны лифтостроение в СССР получило развитие. В конце 1940-х годов в СССР было освоено серийное производство типовых конструкций лифтов общего назначения и скоростных лифтов. В 1955—1956 годах ВНИИПТМАШ совместно с трестом «Союз Лифт» создали типовой ряд конструкций пассажирских лифтов для жилых домов и общественных зданий грузоподъёмностью от 320 до 1000 кг, а также типовой ряд грузовых лифтов грузоподъёмностью от 100 до 5000 кг и больничный лифт грузоподъёмностью 500 кг.

В 1963 году было организовано Центральное проектно-конструкторское бюро по лифтам. ЦПКБ по лифтам в 1966—1967 годах разработало новый параметрический ряд пассажирских и грузовых лифтов, представленный 36 моделями и 62 исполнениями. С ростом больших городов и появлением многоэтажной застройки значительно возрос и лифтовой парк. В конце 1990-х годов появились лифты, в которых управление осуществлялось с применением очень малого количества электроконтактных реле. Главным управляющим элементом стал микроконтроллер, то есть был осуществлён переход на более современную элементную базу. Несмотря на значительное многообразие типов и конструкций современных лифтов, все они состоят из основных элементов, имеющих принципиально одинаковое значение.

Очередная революция в лифтостроении произошла, когда финская компания «KONE» изобрела и в 1996 году запустила в массовое производство лифты MonoSpace, благодаря безредукторному приводу EcoDisc не требующие машинного помещения. [4]

В 1997 году лифтами без машинного помещения отметилась компания Schindler, использующая ремни [5] [6] .

Третьей компанией в мире, начавшей выпускать лифты без машинного помещения, в 2000 году стала «Otis». Она применила в своей конструкции привод Gen2, использующий вместо металлических тросов полиуретановые ремни, которые снижают шумность лифта и позволяют применять более компактные лебёдки, так как диаметр канатоведущего шкива можно уменьшить до 88 мм. [7] . Однако такой подход не лишен недостатков: в частности, капризность нового привода к незначительному проседанию стен шахты (сопутствующему всем новым строениям), из-за чего вместо бесшумности получался сильнейший скрежет ремней до тех пор, пока привод заново не настраивался строго по горизонту, что могло продолжаться годами (данный недостаток скорее относится к неудовлетворительному монтажу) [ источник не указан 2515 дней ] .

В 2007 году компания KONE разработала лифт MaxiSpace, не требующий не только машинного помещения, но и противовеса. Лифт имеет максимальные размеры кабины при имеющихся габаритах шахты.

В 2017 году компания «ThyssenKrupp» разработала первый в мире бесканатный лифт Multi [8] .

Классификация [ править | править код ]

• Пассажирские лифты. Для перевозки людей. Также допускается перевозка грузов, если общая масса пассажиров с грузом не превысит грузоподъёмности лифта.
• Грузовые лифты. Для перевозки грузов с сопровождающим персоналом (как правило, проводником) и только грузов, перевозка людей запрещена регламентом.
• Больничные лифты. Лифты для лечебно-профилактических учреждений. Используются для транспортировки больных, в том числе на больничных транспортных средствах (каталках, инвалидных колясках), с сопровождающим персоналом (как правило, проводником). Отличаются плавностью хода и точностью остановки.
• Грузо-пассажирские. Для транспортировки людей и грузов. Имеет увеличенную площадь пола и размер дверей.
• Грузовые платформы. Для транспортировки грузов, материалов и оборудования.
  • Грузовые с проводником. Для транспортировки грузов и сопровождающих их лиц.
  • Грузовые без проводника. Для транспортировки только грузов. Оборудуются наружным управлением, перемещение людей в этих лифтах не допускается.
  • Грузовые малые. Используются, как правило, в ресторанах и кафе (для подъёма продуктов питания), библиотеках, складах и так далее. Грузоподъёмность, как правило, от 5 до 300 кг. Подъём людей на них категорически запрещён.
• Промышленные. Для установки в зданиях с запылённой, содержащей агрессивные газы, взрыво- и пожароопасной окружающей средой и для опасных производств.

• Выжимные. В таком лифте канаты обхватывают кабину снизу.
• Тротуарные. Кабина выезжает из пола. Тротуарный лифт может быть выжимным.
• Грузовые с монорельсом, встроенным в кабину.
• Грузовые (малые магазинные).
• Лифты, доступные для инвалидов. Предназначены для перемещения людей с ограниченными физическими способностями в коттеджах, административных и общественных зданиях.
• Пневмолифты. Работают за счёт воздуха, который откачивается внутри цилиндра в секции выше кабины. После достижения определённого разрежения воздуха кабина начинает подниматься. [9]
• Гидравлические.
• Коттеджные. От обычных серийных пассажирских лифтов отличаются следующим: низкое энергопотребление, возможность работать в автономном режиме при перебоях с электропитанием в доме, малый вес, минимальные габариты шахты.
• Строительные подъёмники. Предназначены для подъёма и подачи различных грузов внутрь проёмов зданий или на крышу [10] .
• Ножницевидные подъёмники. Фиксированное подъёмное устройство, предназначенное для вертикального перемещения предметов с одного уровня на другой.
• Системы парковки автомобилей.
• Панорамные. Не имеют собственных лифтовых шахт. Из кабины панорамного лифта пассажирам открывается обозрение внешнего пространства. Прозрачность стен лифта избавляет некоторых людей от чувства дискомфорта при нахождении в ограниченном пространстве. Другим же, которые боятся высоты, наоборот, прибавляет.
• Домашние лифты. Лифты устанавливаются в квартирах и жилых домах с питанием от обычной сети 220В переменного тока, способны при минимальной мощности (от 700 Вт) поднимать и опускать до 300 кг, требуется малый вес лифта для уменьшения влияния на строительные конструкции.
• Существуют лифты и для судов. Они были построены (и некоторые действуют до сих пор) в Канаде, Германии, Франции и России.

По конструкции привода:

• С электрическим приводом:
  • С барабанными лебёдками. Имеют жёсткое соединение кабины и противовеса с барабаном.
  • Лебёдки с канатоведущим шкивом. Не имеют жёсткого соединения кабины и противовеса с канатоведущим шкивом.
• C гидравлическим приводом.
• С пневматическим приводом.

По конструкции привода различают лебёдки с редукторным и безредукторным приводом. Лебёдки с редукторным приводом применяют на лифтах с небольшими скоростями, безредукторные лебёдки применяют, наоборот, на лифтах с большими скоростями.

Устройство [ править | править код ]

Принцип действия гидравлического лифта не претерпел особых изменений с XIX века и заключается в следующем: насос нагнетает в высокий вертикальный цилиндр масло, давление масла приводит в движение расположенный в цилиндре поршень; движение этого поршня при помощи системы блоков и тросов передаётся лифтовой кабине.

Гидравлическим приводом оснащаются, прежде всего, лифты для малоэтажных зданий, так как скорость и высота подъёма таких лифтов ограничена. Помимо этого, на фоне современных безредукторных лифтов не требующих масла, является необходимость в его значительном объёме и дополнительном пространстве под резервуар. Требуется мощный насос, зачастую с охлаждающим кондиционером. В общественных зданиях необходимо выполнять дополнительные требования к пожарной безопасности и экологии.

Не следует забывать и о достоинствах этих лифтов, при малой этажности — это:

• плавность хода,
• широкий диапазон нагрузок (до 5 тонн) и ускорений,
• поддержание скорости до 1 м/с вне зависимости от нагрузки.
• энергоэффективность при ходе сверху вниз, — кабина идет под своим собственным весом без подключения силовой установки,
• простота компоновки, — машинное помещение можно расположить вверху, посередине шахты, внизу, и даже вынести вне шахты
• долговечность, — меньше трущихся деталей, рабочее масло одновременно и смазывающий агент,
• в частных случаях более низкая цена.

Преобразователи частоты

В данной статье мы рассмотрим что такое частотный преобразователь, сферы применения преобразователей частоты, их плюсы и минусы, а также схемы частотников.

1. Виды преобразователей частоты
2. Способы управления преобразователем
3. Режимы управления частотными преобразователями
4. Преимущества частотных преобразователей
5. Сферы применения

Преобразователи частоты (или частотники) – электротехническое оборудование для регулирования частоты переменного напряжения. Основная сфера применения этих устройств – изменение частоты вращения и крутящего момента электрических машин асинхронного типа. Принцип действия управления и регулирования основан на зависимости скорости вращения магнитного поля от частоты питающего напряжения.

Асинхронные электродвигатели широко используются в качестве приводов промышленного оборудования, насосных агрегатов, регулирующей арматуры и других устройств. Основным недостатком этих электрических машин являются постоянная скорость вращения, большие пусковые токи. При помощи частотных преобразователей возможно устранить эти недостатки и существенно расширить сферу применения электродвигателей переменного тока.

Виды преобразователей частоты

Частотные преобразователи различаются по конструкции, принципу действия, способу управления. По конструктивному исполнению преобразователи частоты разделяют на две большие группы:

Электромашинные частотники.

Электромашинные или индукционные преобразователи частоты представляют собой двигатели переменного тока, включенные в режим генератора. Применяются такие электротехнические устройства относительного редко, в условиях, где затруднено или невозможно применение электронных частотных преобразователей.



Электронные преобразователи.

Полупроводниковые ЧП состоят из силовой части, выполненной на транзисторах или тиристорах, и схемы управления на базе микроконтроллеров. Это электротехническое оборудование пригодно для трехфазных и однофазных приводов любого назначения. Различают ЧП с непосредственной связью с питающей сетью и устройства с промежуточным звеном постоянного тока.



Непосредственные преобразователи частоты

Такие частотники построены на базе быстродействующих тиристорных преобразователей, включенных по мостовым, перекрестным, нулевым и встречно-параллельным схемам.

Устройства такого типа включаются непосредственно в питающую сеть.

Плюсы непосредственных преобразователей частоты:

• Возможностью рекуперации электроэнергии в сеть при работе в режиме торможения двигателя. Непосредственное включение обеспечивает двусторонний обмен электричеством.
• Высоким к.п.д. за счет однократного преобразования частоты.
• Возможностью наращивания мощности за счет присоединения дополнительных преобразователей.
• Широким диапазоном низких частот. Непосредственные преобразователи обеспечивают стабильную работу привода на малых скоростях.

Минусы непосредственных преобразователей частоты:

• Аппроксимированная форма выходного напряжения с наличием постоянных составляющих и субгармоник. Такая форма переменного напряжения на выходе устройства вызывает дополнительный нагрев двигателя, снижает момент, создает помехи.
• Частота напряжения на выходе преобразователя не превышает аналогичную характеристику сетевого напряжения. Таким образом, при помощи этих устройств можно только снижать скорость вращения двигателей.
• Основная сфера непосредственных преобразователей – электроприводы на базе асинхронных и синхронных двигателей большой и средней мощности.

Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Частотные преобразователи этого типа выполнены на базе схемы двойного преобразования. Питающее сетевое напряжение преобразуется в постоянное, затем сглаживается и инвертируется в переменное выходное напряжение заданной частоты.

Плюсы преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:

• Возможностью получения выходного напряжения с частотой как выше, так и ниже аналогичного параметра сети питания. Частотники на базе схемы двойного преобразования используют для высоко- средне- и низкоскоростных электроприводов.
• Чистой синусоидальной формой напряжения на выходе. Схема преобразователя позволяет получать переменное напряжение с минимальным отклонением от синусоидальной формы.
• Возможностью построения простых и сложных силовых и управляющих схем для приводов с различными требованиями к скорости реагирования, диапазону скоростей.
• Возможностью адаптации к сетям постоянного тока. Преобразователи данного типа можно приспособить для питания от резервных и аварийных источников постоянного тока без дополнительных устройств. Это позволяет применять такие частотники в приводах ответственного оборудования с резервными источниками электроэнергии.
• Разнообразием алгоритмов управления. Преобразователи со звеном постоянного тока можно запрограммировать и адаптировать практически ко всем электроприводам, в том числе и претенциозным, где требуется особо точное регулирование скорости и момента.

Минусы преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:

• Относительно большую массу и габариты, что обусловлено наличием выпрямительного, фильтрующего и инверторного блоков.
• Повышенные потери мощности. Схема двойного преобразования несколько уменьшает общий к.п.д.



Устройство преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока

Состоят такие преобразователи из нескольких основных блоков:

• Выпрямителя. Для ЧП используются диодные и тиристорные преобразователи постоянного тока. Первые отличаются высоким качеством постоянного напряжения практически с полным отсутствием пульсации, низкой стоимостью и надежностью. Однако диодные выпрямители не позволяют реализовать возможность рекуперации электроэнергии в сеть при торможении двигателя. Выпрямители на тиристорах обеспечивают возможность протекания тока в обоих направлениях и позволяют отключать преобразователь от сети без дополнительной коммутирующей аппаратуры.
• Фильтра. Выходное напряжение тиристорных управляемых выпрямителей имеет значительную пульсацию. Для ее сглаживания используют реакторы, емкостные или индуктивно-емкостные фильтры.
• Инвертора. В ЧП используют инверторы напряжения и тока. Последние обеспечивают рекуперацию электроэнергии в сеть и применяются для управления электрическими машинами с частым пуском, реверсом и остановкой, например, крановыми двигателями.
• Частотники на базе инверторов напряжения выдают на выходе напряжение формы “чистый синус”. Благодаря этому преобразователи такого типа получили наиболее широкое распространение.
• Микропроцессора. Этот блок осуществляет управление входным выпрямителем, прием и обработку сигналов с датчиков, взаимодействие с автоматизированной системой высшего уровня, запись и хранение информации о событиях, формирует выходное напряжения ЧП соответствующей частоты. А также выполняет функции защиты от перегрузок, обрыва фазы и других аварийных и ненормальных режимов работы.

Способы управления преобразователем

По принципу управления различают 2 основных вида частотных преобразователей:

ЧП со скалярным управлением

Частотники этого типа выдают на выходе напряжение определенной частоты и амплитуды для поддержания определенного магнитного потока в обмотках статора. Частотники с таким принципом регулирования отличаются относительно низкой стоимостью, простотой конструкции. Нижний предел регулировки скорости составляет около 10 % от номинальной частоты вращения. Их можно использовать для управления сразу несколькими двигателями. Скалярные ЧП используют для приводов насосных агрегатов, вентиляторов и других устройств и оборудования, где не требуется поддерживать скорость вращения ротора вне зависимости от нагрузки.

ЧП с векторным управлением

Микропроцессорные устройства преобразователей с векторным управлением автоматически вычисляют взаимодействие магнитных полей статора и ротора. ЧП такого типа обеспечивают постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Они используются для оборудования, где необходимо поддерживать необходимый момент силы при низких скоростях, высокое быстродействие и точность регулирования. Применение векторных ЧП позволяет регулировать частоту вращения, задавать требуемый момент на валу.

ЧП с векторным управлением делятся на преобразователи бездатчикового типа и устройства с обратной связью по скорости. Последние используются для приводов с широким диапазоном регулирования скорости до 1:1000, необходимости позиционирования точного положения вала, регулирования момента при низких скоростях, точного поддержания частоты вращения, пуска двигателя с номинальным моментом. Преобразователи без датчика скорости применяют для приводов с более низкими требованиями.

Режимы управления частотными преобразователями

В большинстве моделей современных частотных преобразователей реализована возможность управления в нескольких режимах:

1) Ручное управление.

2) Внешнее управление.

3) Управление по дискретным входам или “сухим контактам”.

4) Управление по событиям.



Преимущества частотных преобразователей.

1) Экономия электроэнергии.

2) Увеличение срока службы промышленного оборудования.

3) Отсутствие необходимости проводить техническое обслуживание.

4) Возможность удаленного управления и контроля параметров оборудования с электроприводом.

5) Широкий диапазон мощности двигателей.

6) Защита электродвигателя от аварий и аномальных режимов работы.

7) Снижение уровня шума работающего двигателя.



Сферы применения

Частотно-регулируемые приводы применяют:

• Для кранов и грузоподъемных машин . Крановые двигатели работают в режиме частых пусков, остановок, изменяющейся нагрузки. ЧП обеспечивают отсутствие рывков и раскачивания груза при пусках и остановках, остановку крана точно в требуемом месте, снижают нагрев электродвигателей и максимальный пусковой момент.
• Для привода нагнетательных вентиляторов в котельных и дымососов. Общее управление с плавной регулировкой дутьевых и вытяжных вентиляторов позволяет автоматизировать процесс горения и обеспечить максимальный к.п.д . котельных агрегатов.
• Для транспортеров, прокатных станов, конвейеров, лифтов. ЧП регулирует скорость перемещения транспортного оборудования без рывков и ударов, что увеличивает срок службы механических узлов. Для насосных агрегатов. ЧП позволяют обойтись без задвижек и вентилей, регулирующих давление и производительность, и существенно увеличить общий к.п.д системы водоподачи.
• Для электродвигателей станков. Использование преобразователя частоты вместо коробки передач позволяет плавно увеличивать или уменьшать частоту вращения рабочего органа станка, осуществлять реверс. ЧП широко используются для станков с ЧПУ и высокоточного промышленного оборудования.

Внедрение частотно-регулируемых приводов дает значительный экономический эффект. Снижение затрат достигается за счет сокращения потребления электроэнергии, расходов на ремонт и ТО двигателей и оборудования, возможности использования более дешевых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также сокращения других производственных издержек. Средний срок окупаемости частотных преобразователей составляет от 3-х месяцев до трех лет.

голоса
Рейтинг статьи