Решение купить электропривод принимает всё большее число предприятий и организаций промышленной сферы, целью которых выступает оптимизация производственного процесса и новый уровень рентабельности. В настоящее время сформировалась устойчивая тенденция замены электроприводов постоянного тока на электроприводы переменного тока, построенных на базе асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. У многих руководителей предприятий, эксплуатирующих двигатели постоянного тока, возникает вопрос — «Для чего?». Ведь для того, чтобы внедрить что-то новое, необходимо произвести затраты не только на приобретение нового оборудования, но и на переобучение обслуживающего персонала.
Ответы на поставленные вопросы можно дать, проанализировав преимущества и недостатки двух принципиально разных систем. Исследованию динамики электроприводов постоянного тока посвящено много времени и сил. Иностранные и российские компании и по сей день продолжают выпуск электроприводов постоянного тока, закладывая в них новые возможности для регулирования скорости. До 80-х годов электроприводы постоянного тока не имели серьезных конкурентов в области регулируемых электроприводов, но они имели и серьезные недостатки:
- Сложная конструкция (большой вес).
- Критичный в эксплуатации щеточный аппарат.
- Высокая стоимость.
Электроприводы переменного тока до 80-х годов были широко распространены, надежны, дешевы, имели хорошие эксплуатационные качества, но отнести их к регулируемым электроприводам было нельзя. Те наработки, которые были созданы в данной области для регулирования скорости, например, изменение числа пар полюсов (многоскоростные двигатели) или ввод дополнительных резисторов (у АД с фазным ротором), не могли обеспечить бесступенчатого регулирования, а те регуляторы скорости, созданные на тот момент времени, не обеспечивали качественного выполнения требований большинства технологических процессов.
Ценовая политика этих разработок оставалась не привлекательной для потребителей. В настоящий момент времени с появлением новой элементной базы — силовых модулей на базе IGBT, рассчитанных на токи до нескольких килоампер, напряжением до нескольких киловольт и имеющих частоту коммутации 30 кГц и выше, созданы так называемые «интеллектуальные» преобразователи частоты. Для большинства массовых применений приводов (насосы, вентиляторы, конвейеры, компрессоры и т.д.) требуется относительно небольшой диапазон регулирования скорости (до 1:20) и относительно низкое быстродействие. При этом в большинстве случаев используют классические структуры скалярного управления.
Для создания глубоко регулируемого высоко динамичного электропривода наиболее целесообразным методом управления является векторное управление с ориентацией по вектору потокосцепления ротора. Переход к широкодиапазонным (до 1:10000), быстродействующим приводам станков, роботов и транспортных средств, требует применения более сложных структур векторного управления.
Векторное управление создаёт управляемое вращение магнитного поля за счёт быстрой смены фиксированных направлений вектора магнитной индукции поля (6 или более направлений). Каждое из таких фиксированных положений создаёт магнитное поле с вектором индукции, направленным в определённом направлении и максимальной длинной этого вектора.
Для создания других направлений вектора индукции управляющий контроллер выбирает два фиксированных направления вектора индукции и попеременно с высокой частотой создаёт то одно направление, то другое. В зависимости от относительных длительностей времён создания векторов, получается результирующий вектор с заданным направлением.
Использование современных средств микропроцессорной техники позволяет разработчикам создавать компактные, многофункциональные и высокоэффективные системы векторного управления, которые удовлетворяют требованиям большинства технологических процессов. На вопрос — «Как быть с переобучением обслуживающего персонала?», ответили лидирующие мировые производители преобразователей частоты, такие как Siemens. Long Shenq Electronic, создав как простые модели ПЧ не требующих при пуско-наладке глубоких знаний в электрике и в электроприводе, так и модели, содержащие в своем наборе более 300 программируемых параметров, позволяющие обеспечить гибкую настройку.
Мощный рывок произошел и в области создания асинхронных двигателей, так, например, энергосберегающие электродвигатели фирмы Siemens в сравнение с обычными электродвигателями, имеют повышенный срок службы, более высокий КПД, меньшие потери. Высокий КПД этих электродвигателей достигается благодаря качественной стали и активным материалов (Fe, Cu, Al), улучшенной системы охлаждения и подшипниковым узлам. Окупаемость этих электродвигателей за счет экономии электроэнергии, даже с учетом относительно низкой ее стоимости в нашей стране, по самым скромным подсчетам составляет 1-2 года.
Большую эффективность этих двигателей обеспечила модульная сборная конструкция: модули электромеханического тормоза, энкодера, вентилятора принудительного охлаждения позволили превратить стандартный асинхронный двигатель в многофункциональную машину.
При наличии вышеуказанных встраиваемых опций, электродвигатель может работать как на очень низких, так и на высоких частотах, а также в режиме позиционирования. И это лишь малая часть из возможных встраиваемых опций, причем данные опции легко монтируются, демонтируются в зависимости от требований технологического процесса.
