Исполнительные механизмы переменной скорости

В настоящее время в ряде технологических установок, таких как паровые и водогрейные котлы, насосные станции первого и второго подъема, системы транспорта жидкостей и газов и мно- гих других, исполнительные механизмы постоянной скорости, ра- ботающие на ЗРА, заменяют на ИМ переменной скорости – насо- сы, вентиляторы, компрессоры с регулируемым расходом за счет изменения скорости вращения электроприводов (обычно с помо- щью частотно-регулируемого привода – ЧРП). Это зачастую по- зволяет сэкономить до 40 % потребляемой электроэнергии.

Иногда оправданным, в частности для стабилизации давления жидкости в трубопроводе при широком диапазоне изменения рас- хода, является совместное управление двумя типами ИМ – посто- янной скорости (ЗРА) и переменной скорости механизмов, позво- ляющих реализовать объемное регулирование.

ЭИМ переменной скорости обеспечивают следующее:

– автоматическое, дистанционное или ручное управление ка- кой-либо выходной координатой объекта: моментом, скоростью, положением рабочего органа рабочей машины или какой-либо технологической координатой, на которую воздействует рабочий орган (расход, давление, температура, уровень и т.п.);

– стабилизацию, программное, следящее или экстремальное управление выходной координатой;

– формирование сигналов обратных связей по выходной и промежуточным координатам объекта управления.

Основными параметрами, определяющими типоразмер ИМ переменной скорости, являются следующие:

– номинальная мощность электропривода в ваттах (Вт), кило- ваттах (кВт) или мегаваттах (МВт);

– номинальная скорость электродвигателя и выходного эле- мента электропривода (рад/с или об/мин);

– номинальное напряжение (В, кВ) и частота питающей се- ти (Гц);

– номинальные значения тока обмоток двигателя и др.

Насос как ИМ в системах автоматизации получил широкое распространение в сочетании с частотно-регулируемым электро- приводом переменной скорости, что позволило за счет регулиро- вания скорости электропривода отказаться от дроссельного регу- лирования расхода жидкой среды регулирующим клапаном и тем самым существенно сэкономить на электроэнергии.

Насос (водяная помпа, колонка) – проточная гидравлическая машина, служащая для перемещения и создания напора жидкости всех видов, в том числе механической смеси жидкости с твердыми и коллоидными веществами, а также сжиженных газов. Машины для перекачки и создания напора насыщенных и ненасыщенных газов (газообразных жидкостей) получили название вентиляторов и компрессоров. По принципу действия и конструкции насосы подразделяются на следующие типы: центробежно-шнековые

(дисковые), винтовые (шнековые), поршневые, центробежные, осевые, вихревые, струйные, мембранные и др.

ТЭНы и холодильные установки как ИМ в системах автома- тизации очень распространены как в промышленных объектах, так и в быту (отопление, кондиционирование, вентиляция, горячее во- доснабжение и др.). Поскольку для регулирования температуры нагреваемого или охлаждаемого объекта необходимо менять дей- ствующее напряжение на нагрузке, по функциональной структуре такие ИМ во многом схожи с ИМ переменной скорости. При этом количество сгенерированной (поглощенной) тепловой энергии яв- ляется неким аналогом объемного регулирования при изменении скорости ЭИМ, например насоса, т.е. изменении расхода и давле- ния жидкости.

В качестве силовых преобразователей энергии здесь могут быть применены различные контактные и бесконтактные преобра- зователи. Наиболее распространены в системах автоматизации по- лупроводниковые (преимущественно симисторные) преобразова- тели с пропусканием в нагрузку целого числа полуволн питающего напряжения. Эти преобразователи в отличие от тиристорных и си- мисторных преобразователей с фазовым управлением удовлетво- ряют всем требованиям электромагнитной совместимости с иными объектами автоматизации.

ЭИМ переменной скорости – это автоматизированные электроприводы (АЭП), которые в зависимости от параметров ре- гулируемых электродвигателей (типоисполнение, размещение, продолжительность включения, перегрузочная способность по то- ку или электромагнитному моменту, степень защиты и др.) под- разделяют на общепромышленные, крановые и краново-металлур- гические, станочные и т.п. Кроме того, различают регулируемые АЭП постоянного и переменного тока, АЭП с электромашинным, тиристорным, транзисторным, симисторным, частотным преобра- зователем, АЭП с микропроцессорным управлением или без тако- вого и др.

60

Структура условного обозначения и основные параметры ис- полнительных механизмов приведены в работах [1–7].

Как будет видно из дальнейшего материала учебного пособия, понятия «электрический исполнительный механизм» и «автомати- зированный электропривод», если абстрагироваться от структур- но-параметрических признаков систем управления ими, во многом схожи с понятием «электромеханические системы», а понятие

«системы управления исполнительными механизмами переменной скорости» – с понятием «системы управления электроприводами». В связи с этим достаточно подробная классификация ИМ пере- менной скорости и их место в структуре той или иной СУИМ рас- сматриваются в последующих подразделах.