НОВЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Наше предприятие "Орион-мотор" специализируется на инновационных проектах в области систем электропривода, технологии и автоматизации производства (разработка и изготовление).

У нас имеются новые технические решения по линейным и роторным синхронным моторам на постоянных магнитах (прямой привод), по энергосберегающим и регулируемым асинхронным двигателям, а также по координатным системам, электроприводам и оборудованию для различных отраслей промышленности, в том числе для станкостроения, электроники, металлургии и электротранспорта.

НОВЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

НА СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ

(обзор)

Сравнение синхронных моторов с моторами других типов.

• Линейные и роторные синхронные электродвигатели состоят из подвижной и неподвижной частей. Первая часть, то есть якорь содержит катушки (обмотки) с магнитопроводами или без них, а вторая часть содержит магнитную дорогу с постоянными магнитами, закрепленными на магнитопроводе из электротехнической стали. У линейных синхронных двигателей может двигаться как магнитная дорога, так и якорь с катушками, роторные двигатели имеют неподвижные катушки в статоре (якоре) и подвижный ротор с магнитами. Стандартным режимом управления для синхронных электродвигателей является режим вентильного (бесколлекторного) двигателя с обратной связью по координате. Синхронные двигатели обладают электрической обратимостью и могут работать в качестве генераторов с высоким коэффициентом полезного действия, а также в режиме рекуперативного торможения.

• По способу охлаждения синхронные моторы имеют различные варианты исполнения. В настоящее время известны синхронные двигатели с конвективным, а также с водяным или воздушным принудительным охлаждением.

• Целесообразно сравнивать потребительские параметры привода на синхронных моторах с приводами на моторах постоянного тока, асинхронных моторах и шаговых двигателях, потому что все эти двигатели имеют одинаковое назначение и общие области применения.

• Моторы постоянного тока и асинхронные моторы при относительно невысокой стоимости требуют применения механических передаточных устройств (шарико-винтовые пары, редукторы) для преобразования вращательного движения в линейное или для увеличения рабочего момента. Стоимость высокоточных шарико-винтовых пар в комплекте с мотором постоянного тока весьма высока, поэтому линейный привод на синхронных моторах успешно конкурирует по стоимости с приводом постоянного тока и даже с электрогидравлическим приводом.

• Для приводов постоянного тока имеются ограничения по рабочему моменту и требуется применение редукторов, исполнительные асинхронные моторы по причине конструктивных и принципиальных особенностей с трудом встраиваются в оборудование с ЧПУ, ими весьма сложно управлять в системах с замкнутой обратной связью.

• Основным практическим доводом в пользу синхронных двигателей по сравнению с линейными шаговыми двигателями (ЛШД) является более высокая удельная мощность синхронных двигателей, на порядок (в 5-20 раз) превышающая удельную мощность любых шаговых двигателей при сопоставимой стоимости. Прямой привод на ЛШД с магнито-воздушной подвеской фактически имеет 6 степеней свободы в координатном пространстве, которые невозможно контролировать с необходимой точностью, чтобы избежать механических колебаний (вибраций), влияющих на точность движения и позиционирования механизмов и рабочих инструментов. У привода с синхронными двигателями подобные недостатки отсутствуют.

• Оборудование на основе линейных шаговых двигателей, шаговых двигателей вращения и двигателей постоянного тока в настоящее время не в состоянии успешно конкурировать с оборудованием, имеющим привод на синхронных двигателях, поэтому производство шаговых двигателей различного типа для промышленного оборудования неуклонно сокращается, многие зарубежные фирмы переходят на применение или изготовление синхронных линейных и роторных двигателей.

• Практически невозможно назвать вид промышленного оборудования с координатным электроприводом, для которого применение синхронных двигателей вместо линейных шаговых двигателей, шаговых двигателей вращения или двигателей постоянного тока не привело бы к значительному росту основных показателей назначения, таких, как рентабельность, производительность, точность, быстродействие, надежность, долговечность, удобство в эксплуатации, ремонтопригодность, что и определяет конкурентоспособность продукции.

Конструктивные разновидности линейных синхронных двигателей

Широкая номенклатура оборудования с линейными синхронными двигателями (СД) обусловила структурное разделение их моделей на различные типы, в зависимости от назначения, технических характеристик и конструкции, способа и системы управления. Аналогичное разделение существует, например, для исполнительных двигателей постоянного тока, используемых в координатном электроприводе. Известны силовые (высокомоментные) двигатели постоянного тока, двигатели с малым моментом инерции ротора (быстродействующие) и высокооборотные двигатели (с большой удельной мощностью).

Выбор и формирование параметров двигателей обычно осуществляется на основе компромисса между отдельными показателями назначения, и это положение имеет принципиальное значение; оно обусловлено фундаментальными ограничениями, вытекающими из общих законов физики и свойств материалов, используемых в конструкции двигателей.

Исполнительные линейные синхронные двигатели можно условно разделить на следующие типы:

• силовые, обеспечивающие номинальное статическое усилие до 20000 Н (2 тс);

• транспортные, имеющие скорость движения до 5-10 м/с;

• высокодинамичные, обеспечивающие ускорение до 300 м/с2 и более с полезной нагрузкой на рабочей скорости 1 м/с и более;

• высокоточные, обеспечивающие в режиме с обратной связью по положению суммарную ошибку по координате не более 5 мкм при величине перемещения до 1 м.

• Применение соответствующих систем управления и введение обратных связей по положению позволяет устранить некоторые ограничения и смягчить компромиссы при выборе и достижении отдельных показателей назначения, например, силовой привод можно сделать прецизионным по позиционированию (ошибка по координате может быть значительно менее 1 мкм).

Системы управления синхронными двигателями.

• Основной режим управления синхронным двигателем – режим вентильного двигателя. Линейные и роторные синхронные двигатели, как правило, работают от усилителей мощности (инверторов) с широтно-импульсным регулированием тока, поэтому всегда необходимо ограничивать с помощью LC-фильтров высокочастотные гармоники тока в фазах двигателя, чтобы не допускать дополнительного нагрева двигателя и излучения электромагнитных помех от присоединительных кабелей.

• Синхронные двигатели обладают электрической обратимостью, что позволяет реализовать рекуперативные режимы управления и уменьшить потребление энергии из питающей сети переменного тока. В этом случае в системе управления должны быть предусмотрены соответствующие накопители возвращенной энергии (например, конденсаторы) и устройства для рассеивания избытка этой энергии.

• Рабочие токи в фазах двигателей имеют значения в диапазоне ~ 2-150 A, в зависимости от мощности двигателей. Пусковые (пиковые) токи примерно в 4-5 раз превышают величину рабочих токов. Напряжение питания фаз двигателя, как правило, не превышает 600 В. Количество фаз якоря: 2 или 3 при мощности до 1 кВт и 3 фазы при мощности более 1 кВт.

• Линейные синхронные двигатели обычно применяются с растровыми координатными датчиками, температура обмоток контролируется линейными или пороговыми тепловыми датчиками.

• По принципу действия, структуре и функциональному назначению элементы системы управления синхронными двигателями не имеют принципиальных отличий от аналогичных устройств, применяемых для приводов на шаговых двигателях. Практическое отличие состоит лишь в том, что рабочие напряжения и токи синхронных двигателей достигают значений до 600 В и до150 А, то есть типоразмерные ряды синхронных двигателей по абсолютным значениям мощностей охватывают очень широкий диапазон – от нескольких ватт до сотен киловатт.

• Для синхронных двигателей разработаны и поставляются зарубежными фирмами-производителями и фирмами-поставщиками отдельные узлы, комплекты узлов двигателей, блоки и системы управления, а также программное обеспечение, позволяющие в короткие сроки создавать законченные линейные и угловые координатные оси различного типа и назначения. В частности, предлагаются поставки комплектного электропривода на синхронных двигателях, различные координатные датчики растрового типа, линейные подшипники и подшипники вращения с исключительно высокой нагрузочной способностью, в том числе высокоточные и предназначенные для работы в условиях высокой чистоты окружающей технологической среды и даже в вакууме (например, подшипники для эпитаксиального и фотолитографического оборудования).