Кіріспе
Фотографияда қолданылатын машина жабдығы. Моторлы жетек – моторды қамтитын жүйе. Реттелетін жылдамдықты жетек – бірнеше жұмыс жылдамдықтары бар моторды қамтитын жүйе. Өзгермелі жылдамдықты жетек – моторды қамтитын және жылдамдығы үздіксіз өзгермелі жүйе. Егер мотор электр энергиясын тұтынудың орнына өндірсе, онда оны генераторлық жетек деп атауға болады, бірақ көбінесе моторлық жетек деп атайды. Өзгермелі жиілікті жетек (VFD) немесе өзгермелі жылдамдықты жетек (VSD) – мотордың жылдамдығын басқаратын жүйенің электрондық бөлігін сипаттайды. Жалпы алғанда, "жетек" термині машиналардың жылдамдығын басқаруға қолданылатын жабдықты білдіреді. Көптеген өндірістік процестер, мысалы, конвейерлік желілер, әртүрлі өнімдер үшін әртүрлі жылдамдықтарда жұмыс істеуі керек. Егер процестің жағдайлары сорғыдан немесе желдеткіштен ағынды реттеуді талап етсе, жетек жылдамдығын өзгерту арқылы ағынды реттеудің басқа әдістерімен салыстырғанда энергияны үнемдеуге болады. Жылдамдықтар бірнеше алдын ала белгіленген диапазоннан таңдалатын болса, жетек реттелетін жылдамдықты деп аталады. Егер шығыс жылдамдығын қадамсыз түрде белгілі бір аралықта өзгертуге болады, онда жетек өзгермелі жылдамдықты деп аталады. Реттелетін және өзгермелі жылдамдықты жетектер таза механикалық (вариаторлар деп аталады), электромеханикалық, гидравликалық немесе электрондық болуы мүмкін. Кейде моторлық жетек моторды басқару үшін қолданылатын жетекті білдіреді, сондықтан VFD немесе VSD терминдерімен шатастырылады.
use in photography
Motor drive means a system that includes a motor. An adjustable speed motor drive means a system that includes a motor that has multiple operating speeds. A variable speed motor drive is a system that includes a motor and is continuously variable in speed. If the motor is generating electrical energy rather than using it – this could be called a generator drive but is often still referred to as a motor drive. A variable frequency drive (VFD) or variable speed drive (VSD) describes the electronic portion of the system that controls the speed of the motor. More generally, the term drive, describes equipment used to control the speed of machinery. Many industrial processes such as assembly lines must operate at different speeds for different products. Where process conditions demand adjustment of flow from a pump or fan, varying the speed of the drive may save energy compared with other techniques for flow control. Where speeds may be selected from several different pre set ranges, usually the drive is said to be adjustable speed. If the output speed can be changed without steps over a range, the drive is usually referred to as variable speed. Adjustable and variable speed drives may be purely mechanical (termed variators), electromechanical, hydraulic, or electronic. Sometimes motor drive refers to a drive used to control a motor and therefore gets interchanged with VFD or VSD.
Электр қозғалтқыштары
А.с. электр қозғалтқыштары қозғалтқыштағы статор полюстерінің саны мен ауыспалы ток жиілігімен анықталатын тұрақты жылдамдықпен жұмыс істей алады. АЖ қозғалтқыштарын "полюсті ауыстыру" режимінде жұмыс істеу үшін жасауға болады, статор орамаларын қайта қосып, полюстердің санын өзгерту арқылы екі, кейде үш жылдамдыққа қол жеткізуге болады. Мысалы, сегіз физикалық полюс жұбы бар машинаны төрт немесе сегіз полюс жұбымен жұмыс істеуге қосуға болады, бұл 60 Гц жиілігінде 1800 айн/мин және 900 айн/мин екі жылдамдық береді. Егер жылдамдық өзгерісі сирек болса, қозғалтқыш бастапқыда бір жылдамдыққа қосылып, процестің жағдайларына байланысты екінші жылдамдыққа қайта қосылуы мүмкін, немесе процестің қажеттіліктеріне сәйкес екі жылдамдық арасында ауысу үшін магниттік контакторлар қолданылуы мүмкін. Үштен астам жылдамдықтарды қосу экономикалық тиімсіз. Мұндай тұрақты жылдамдық режимдерінің саны полюс жұптарының саны артуымен байланысты шығындармен шектеледі. Көптеген әртүрлі жылдамдықтар немесе үздіксіз өзгермелі жылдамдықтар қажет болса, басқа әдістер қажет. Тұрақты ток қозғалтқыштары шант өрісінің тогын реттеу арқылы жылдамдықты өзгертуге мүмкіндік береді. Тұрақты ток қозғалтқышының жылдамдығын өзгертудің тағы бір жолы – якорьге берілетін кернеуді өзгерту. Реттелетін жылдамдықты қозғалтқыш жетегі электр қозғалтқышынан және қозғалтқыштың жұмыс жылдамдығын реттеуге арналған басқару құрылғысынан тұрады. Тұрақты жылдамдықты қозғалтқыш пен үздіксіз реттелетін механикалық жылдамдық өзгерту құрылғысының комбинациясы да "реттелетін жылдамдықты қозғалтқыш жетегі" деп аталуы мүмкін. Электроникалық құралдарға негізделген жиілік түрлендіргіштері ескі технологияларды жылдамдықпен ескіртіп жатыр.
Реттейтін жылдамдықтарды басқару құрылғыларын пайдалану себептері
Процесс бақылауы және энергияны сақтау – жылдамдығын реттеуге арналған жетектерді пайдаланудың екі басты себебі. Дәстүрлі түрде, жылдамдығын реттеуге арналған жетектер процестерді басқару үшін әзірленген, бірақ энергияны сақтау да осымен тең маңызды мақсатқа айналды.
Жылдамдықты басқару
Реттелетін жылдамдықпен басқару, әдетте, тұрақты жылдамдықпен жұмыс істеу режиміне қарағанда тегіс жұмыс істеуді қамтамасыз етеді. Мысалы, канализациялық лифт станциясында канализациялық су әдетте гравитация күшімен канализация құбырлары арқылы ылғалды ұңғымаға ағып келеді. Одан кейін ол тазалау процесіне қарай сорылады. Егер тұрақты жылдамдықты сорғылар қолданылса, сорғылар ылғалды ұңғымадағы сұйықтық деңгейі белгілі бір жоғары деңгейге жеткенде іске қосылып, деңгей төмендегенде тоқтатылады. Сорғыларды үнемі қосу мен өшіру моторларды іске қосу кезінде электр тогының күрт өсуіне алып келеді, бұл моторлар мен қуатты басқару жабдықтарында электромагниттік және жылулық стресс тудырады, сорғылар мен құбырлар механикалық және гидравликалық стреске ұшырайды, ал канализациялық суды тазалау процесі су ағынының күрт өзгеруіне бейімделуге мәжбүр болады. Реттелетін жылдамдықпен басқару қолданылғанда, сорғылар ылғалды ұңғымадағы деңгейге байланысты жылдамдығы үздіксіз өсетін режимде жұмыс істейді. Бұл шығыс ағынын орташа кіріс ағынымен сәйкестендіріп, процестің әлдеқайда тегіс жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.
Ылдамдықты реттейтін тиімді қозғалтқыштар арқылы энергия үнемдеу
Өнеркәсіптік электр моторлары қолданатын энергияның көп бөлігін желдеткіштер мен сорғылар жұмсайды. Егер желдеткіштер мен сорғылар өзгермелі процестік жүктемеге қызмет етсе, сұйықтық беру мөлшерін өзгертудің ең оңай жолы – желдеткіштің немесе сорғының шығысындағы демпфер немесе клапанды пайдалану, ол қысымның артуы арқылы процестегі ағынды азайтады. Дегенмен, бұл қосымша қысымның артуы энергияның ысырабына әкеледі. Кейде осы ысырап болатын энергияны қайтаруға мүмкіндік беретін құрылғыны орнату экономикалық тұрғыдан тиімді. Сорғы немесе желдеткіште айнымалы жылдамдықты мотор болса, беруді сұранысқа қарай реттеуге болады және қосымша шығын болмайды. Мысалы, желдеткіш тікелей тұрақты жылдамдықты мотормен қозғалғанда, ауа ағыны жүйенің ең жоғары сұранысына сәйкес есептеледі, сондықтан көбінесе қажетті деңгейден жоғары болады. Ауа ағынын демпфер арқылы реттеуге болады, бірақ желдеткіш мотордың жылдамдығын тікелей реттеу тиімдірек. Туыстық заңдарға сәйкес, ауа ағынының 50% үшін айнымалы жылдамдықты мотор кіріс қуатының (амперлер) шамамен 20% -ын тұтынады. Ал тұрақты жылдамдықты мотор жартылай ағында кіріс қуатының шамамен 85% -ын тұтынады.
Дисктердің түрлері
Кейбір негізгі қозғалтқыштарда (ішкі жанатын қозғалтқыштар, поршеньді немесе турбиналық бу қозғалтқыштары, су дөңгелектері және басқалары) жұмыс жылдамдықтарының диапазоны болады, оны үздіріссіз өзгертуге болады (отын беру мөлшерін немесе басқадай тәсілдермен реттеу арқылы). Дегенмен, жылдамдық диапазонының шектерінде тиімділік төмен болуы мүмкін, сондай-ақ негізгі қозғалтқыштың жылдамдығын тым төмен немесе тым жоғары деңгейде ұстап тұруға мүмкіндік бермейтін жүйелік себептер де болуы мүмкін. Электр қозғалтқыштары ойлап табылғанға дейін, су дөңгелектері мен бу машиналарының механикалық қуатын басқару үшін механикалық жылдамдық өзгерту құрылғылары қолданылған. Электр қозғалтқыштары қолданысқа енгеннен кейін, олардың жылдамдығын басқару тәсілдері дерлік бірден әзірленді. Бүгінде өнеркәсіптік жетектер нарығында әртүрлі механикалық, гидравликалық және электр жетектері бір-бірімен бәсекелеседі.
Механикалық құрылғылар
Механикалық жетегіштердің екі түрі бар: өзгермелі қадамды жетегіштер және тарту жетегіштер. Өзгермелі қадамды жетегіштер – бір немесе екі шкивтің диаметрін өзгертуге болатын шкив және белбеу жетегіштер. Тартқыш жетегіштер қуатты жұптасқан металл роликтерге қарсы қозғалатын металл роликтер арқылы таратады. Кіріс-шығыс жылдамдық қатынасы роликтерді жылжыту арқылы жанасу жолының диаметрін өзгерту арқылы реттеледі. Көптеген түрлі ролик пішіндері мен механикалық конструкциялар қолданылған.
diameters of the contact path. Many different roller shapes and mechanical designs have been used.
Гидравликалық реттелетін жылдамдықтар
Гидравликалық жетектердің үш түрі бар: гидростатикалық жетектер, гидродинамикалық жетектер және гидровязкоздық жетектер. Гидростатикалық жетек гидравликалық сорғыдан және гидравликалық қозғалтқыштан тұрады. Оң көлемді сорғылар мен қозғалтқыштар қолданылатындықтан, сорғының немесе қозғалтқыштың бір айналымы жылдамдықтан немесе айналу моментінен тәуелсіз, ығысумен анықталатын сұйықтық ағынының белгілі бір көлеміне сәйкес келеді. Жылдамдық сұйықтық ағынын клапанмен реттеу арқылы немесе сорғының немесе қозғалтқыштың ығысуын өзгерту арқылы реттеледі. Көптеген әртүрлі конструкциялық нұсқалар қолданылған. Иілгіш пластиналы жетек осьтік поршеньді сорғыны немесе қозғалтқышты қолданады, онда ығысуды реттеу үшін және осылайша жылдамдықты реттеу үшін иілгіш пластинаның бұрышын өзгертуге болады. Гидродинамикалық жетектер немесе сұйықтық байланыстары тұрақты жылдамдықты кіріс білігінде орналасқан дөңгелек пен реттелетін жылдамдықты шығыс білігінде орналасқан ротор арасындағы айналу моментін беру үшін майды пайдаланады. Автоматты беріліс машинасының айналу моментін түрлендіргіші – гидродинамикалық жетек. Гидровязкоздық жетек бір немесе бірнеше дискіден кіріс білігіне жалғастырылып, ұқсас дискідерге немесе шығыс білігіне жалғастырылғаннан тұрады. Айналу моменті кіріс білігінен шығыс білігіне дисктер арасындағы май қабаты арқылы беріледі. Берілген айналу күші дисктерді біріктіретін гидравликалық цилиндрдің қысымына пропорционал. Бұл эффект тұтқа ретінде, мысалы Hele Shaw тұтқасы ретінде немесе Beier ауыспалы қатынас қорабы сияқты айнымалы жылдамдықты жетек ретінде қолданылуы мүмкін.
Тұрақты өзгермелі беріліс (CVT)
Механикалық және гидравликалық реттелетін жылдамдық жетектері көлік құралдарында, ауыл шаруашылығы техникасында және басқа да кейбір жабдықтарда қолданылғанда, әдетте "беріліс қаптамалары" немесе "үздірізсіз өзгермелі беріліс" деп аталады.
Бақылау түрлері
Басқару қолмен, потенциометр немесе сызықтық зал эффектісі құрылғысы арқылы реттелуі мүмкін (бұл құрылғылар тозаң мен майға төзімдірек), сондай-ақ автоматты түрде басқарылуы да мүмкін, мысалы, Gray коды бар оптикалық энкодер сияқты айналу детекторын қолдану арқылы.
Дисктердің түрлері
Электрлік жетектердің үш негізгі санаты бар: тұрақты ток жетектері, едір ток жетектері және айнымалы ток жетектері. Осы негізгі типтердің әрқайсысын көптеген нұсқаларға бөлуге болады. Электрлік жетектерге әдетте электрмотор және жылдамдықты басқару блогы немесе жүйесі кіреді. "Жетек" термині көбінесе моторсыз басқару құрылғысына қолданылады. Электрлік жетек технологиясының бастапқы кезеңдерінде электромеханикалық басқару жүйелері пайдаланылды. Кейіннен, түрлі вакуумдық түтіктерді қолданатын электрондық басқару құрылғылары жасалды. Тиісті күйдегі қатайтылған электрондық компоненттер қолжетімді болған сайын, жаңа басқару құрылғыларының дизайнында соңғы электрондық технологиялар енгізілді.
DC құрылғылары
DC құрылғылары - DC мотордың жылдамдығын басқару жүйелері. DC мотордың жылдамдығы арматура кернеуіне тура пропорционалды және мотордың магниттік ағынына кері пропорционалды болғандықтан (магниттік ағын өріс тогының функциясы), жылдамдықты басқару үшін арматура кернеуін немесе өріс тогын қолдануға болады.
Бұраулы ток құрылғылары
Эдди тогымен басқарылатын жетек (кейде ең көп таралған бренд атауларының біріне сәйкес "Динамикалық жетек" деп аталады) тұрақты жылдамдықты мотордан (әдетте индукциялық мотор) және Эдди тогымен жұмыс істейтін тежегіштен тұрады. Тежегіште кішкентай ауа кеңістігімен бөлінген тұрақты жылдамдықты ротор және реттелетін жылдамдықты ротор болады. Өріс орамасындағы тұрақты ток кіріс ротордан шығыс роторға берілетін айналу моментін анықтайтын магниттік өріс тудырады. Басқару құрылғысы тежегіш тогын өзгерту арқылы жабық циклды жылдамдық реттеуді қамтамасыз етеді, тежегішке қажетті жылдамдықпен жұмыс істеу үшін жеткілікті айналу күшін ғана жібереді. Жылдамдық туралы кері байланыс әдетте интегралды АЖ тахометр арқылы беріледі. Эдди тогымен басқарылатын жетектер – сырғанақпен басқарылатын жүйелер, олардың сырғанақ энергиясы міндетті түрде жылу ретінде таралады. Сондықтан мұндай жетектер, әдетте, AC/DC AC түрлендіруге негізделген жетектерге қарағанда тиімділігі төмен болады. Мотор жүктемеге қажетті айналу моментін дамытады және толық жылдамдықпен жұмыс істейді. Шығару білігі жүкке бірдей айналу моментін береді, бірақ баяу жылдамдықпен айналады. Қуат айналу моментіне көбейтілген айналу жылдамдығына пропорционалды болғандықтан, кіріс қуаты мотордың айналу жылдамдығына көбейтілген айналу моментіне пропорционалды, ал шығыс қуаты шығыс жылдамдығына көбейтілген айналу моментіне тең. Мотордың жылдамдығы мен шығыс жылдамдығының арасындағы айырмашылық сырғанақ жылдамдығы деп аталады. Сырғанақ жылдамдығына және жұмыс істеу моментіне пропорционалды қуат тежегіште жылу түрінде таралады. Көптеген өзгермелі жылдамдықты қолдануларда жиілігі өзгермелі жетектерге қарағанда кемшіліктері бар болғанымен, Эдди тогымен жұмыс істейтін тежегіш әлі де жиі тоқтатылатын және жиі іске қосылатын жоғары инерциялық жүктемелерге, мысалы, штамптау престеріне, конвейерлерге, көтеру машиналарына және кейбір үлкен станоктарға, механикалық тежегіштен немесе гидравликалық берілістен гөрі аз күтімді қажет ететін, біртіндеп іске қосуға мүмкіндік береді.
АЖ құрылғылары
АЖ құрылғылары – АЖ қозғалтқышының жылдамдығын басқару жүйелері. Сыртқы роторлы индукциялық қозғалтқыш (WRIM) жылдамдықты ротордың сырғалма сақиналары арқылы қозғалтқыштың сырғалма жылдамдығын өзгерту арқылы басқарады, бұл статор шинасына қайтарылатын сырғалма қуатын электрондық түрде қалпына келтіру немесе ротор тізбегіндегі сыртқы кедергілердің қарсылығын өзгерту арқылы жүзеге асырылады. Электромеханикалық құрылғылармен бірге кедергіге негізделген WRIM құрылғылары AC/DC AC негізіндегі WRIM құрылғыларына қарағанда тиімділігі төмен болғандықтан танымалдылығын жоғалтты және тек ерекше жағдайларда қолданылады. Сырғалма энергияны қалпына келтіру жүйелері энергияны WRIM статорына қайтарады, сырғалма энергиясын түрлендіріп, статормен жабдықтауға жібереді. Мұндай қалпына келтірілген энергия кедергіге негізделген WRIM құрылғыларында жылу түрінде ысырап болар еді. Сырғалма энергиясын қалпына келтіретін айнымалы жылдамдықты құрылғылар ірі сорғылар мен желдеткіштерде, жел турбиналарында, кемедегі қозғалтқыш жүйелерінде, ірі гидросорғылар мен генераторларда және энергияны сақтауға арналған инерциялық дөңгелектерде қолданылады. AC/DC AC түрлендіру үшін электромеханикалық компоненттерді (яғни, түзеткіш, тұрақты ток қозғалтқышы және АЖ генераторынан тұратын) пайдаланатын алғашқы сырғалма энергияны қалпына келтіру жүйелері Крамер құрылғылары деп аталады, ал өзгермелі жиілікті құрылғыларды (VFD) пайдаланатын жаңа жүйелер статикалық Крамер құрылғылары деп аталады. Жалпы, VFD ең қарапайым конфигурациясында индукциялық немесе синхронды қозғалтқыштың жылдамдығын қозғалтқышқа берілетін қуаттың жиілігін реттеу арқылы басқарады. Стандартты төмен өнімділіктің айнымалы моменттік қолдануларында Вольтқа жиілік (V/Hz) басқаруын пайдалана отырып, VFD жиілігін өзгерткенде, АЖ қозғалтқышының кернеу мен жиілік арақатынасын тұрақты ұстап, қуатын базалық жиілікке дейін ең төменгі және ең жоғары жұмыс жиіліктері арасында өзгертуге болады. Базалық жиіліктен жоғары тұрақты кернеумен жұмыс істеу, демек V/Hz арақатынасының төмендеуі, төмендеу моментін және тұрақты қуатты қамтамасыз етеді. Регенеративті АЖ құрылғылары – бұл АЖ құрылғысының бір түрі, ол қозғалтқыш жылдамдығынан жылдам қозғалатын жүктеменің (қарсы жүктеме) тежелу энергиясын қалпына келтіріп, оны қуат жүйесіне қайтара алады.
Slip energy recovery systems return energy to the WRIM's stator bus, converting slip energy and feeding it back to the stator supply. Such recovered energy would otherwise be wasted as heat in resistance based WRIM drives. Slip energy recovery variable speed drives are used in such applications as large pumps and fans, wind turbines, shipboard propulsion systems, large hydro pumps andgenerators and utility energy storage flywheels. Early slip energy recovery systems using electromechanical components for AC/DC AC conversion (i. e., consisting of rectifier, DC motor and AC generator) are termed Kramer drives, with more recent systems using variable frequency drives (VFDs) being referred to as static Kramer drives. In general, a VFD in its most basic configuration controls the speed of an induction or synchronous motor by adjusting the frequency of the power supplied to the motor. When changing VFD frequency in standard low performance variable torque applications using Volt per Hertz (V/Hz) control, the AC motor's voltage to frequency ratio can be maintained constant, and its power can be varied, between the minimum and maximum operating frequencies up to a base frequency. Constant voltage operation above base frequency, and therefore with reduced V/Hz ratio, provides reduced torque and constant power capability. Regenerative AC drives are a type of AC drive which have the capacity to recover the braking energy of a load moving faster than the motor speed (an overhauling load) and return it to the power system.