Реактивный мотор-редуктор SIMOGEAR

Синхронный реактивный электродвигатель - синхронный электродвигатель, вращающий момент которого обусловлен неравенством магнитных проводимостей по поперечной и продольной осям ротора, не имеющего обмоток возбуждения или постоянных магнитов.

Переменный ток, проходящий по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре электродвигателя. Крутящий момент создается, когда ротор пытается установить свою наиболее магнитопроводящую ось (d-ось) с приложенным полем, для того чтобы минимизировать магнитное сопротивление в магнитной цепи. Амплитуда момента прямо пропорциональна разницы между продольной L_d и поперечной L_q индуктивностями. Следовательно, чем больше разница, тем больше создаваемый момент. Линии магнитного поля синхронного реактивного электродвигателя при создании крутящего момента представлены на рисунке 1.

Рис.1 - Линии магнитного поля синхронного реактивного электродвигателя

В синхронном реактивном электродвигателе магнитное поле создается синусоидально распределенной обмоткой статора. Поле вращается с синхронной скоростью и может считаться синусоидальным.

В такой ситуации всегда будет существовать момент, направленный на то, чтобы уменьшить полную потенциальную энергию системы путем уменьшения искажения поля по оси q (т.е. угол между осью d и линиями магнитного поля δ→0). Если угол δ сохранять постоянным, например, путем контроля магнитного поля, тогда электромагнитная энергия будет непрерывно преобразовываться в механическую.

Ток статора отвечает за намагничивание и за создание момента, который пытается уменьшить искаженность поля. Управление моментом осуществляется путем контроля фазы тока, то есть угла между вектором тока обмоток статора и d-осью ротора во вращающейся системе координат.

Рассмотрим преимущества и недостатки таких двигателей

Преимущества

• Простая и надежная конструкция ротора:
  ротор имеет простую конструкцию, состоящую из тонколистовой электротехнической стали, без магнитов и короткозамкнутой обмотки.
• Низкий нагрев:потери энергии в роторе отсутствуют, так как в роторе отсутствуют токи. Тем самым повышается срок службы электродвигателя — снижается вредный нагрев. Масса синхронного реактивного электродвигателя и его габариты на 20% меньше чем у асинхронного той же мощности.

• Нет магнитов:
  снижается конечная цена электродвигателя, так как при производстве не используются редкоземельные металлы. При отсутствии магнитных сил упрощается содержание и техническое обслуживание электродвигателя.
• Низкий момент инерции ротора:
  Благодаря сравнительной легкости ротора, его собственный момент инерции низок,поэтому двигатель быстрее разгоняется до номинальных оборотов, что приводит к экономии электроэнергии.

• Возможность регулирования скорости:
  в виду того, что для работы синхронного реактивного электродвигателя требуется частотный преобразователь, имеется возможность управления скоростью вращения реактивного двигателя в широком диапазоне скоростей.
• КПД синхронных реактивных электродвигателей принципиально превышает КПД популярных асинхронных электродвигателей.

Недостатки

• Частотное управление:
  Для работы требуется частотный преобразователь. Бездатчиковая система управления отслеживания положения ротора является необходимым условием работы синхронного реактивного двигателя. Преобразователь в каждый момент времени отслеживает потребляемый ток двигателя, так как при повороте вала изменяется магнитное сопротивление в зазоре и формирует магнитное поле в соответствии с этим изменением, добиваясь высокой производительности.
• Низкий коэффициент мощности:
  из-за того, что магнитный поток создается только за счет реактивного тока. Решается за счет использования частотного преобразователя с коррекцией мощности.

Серии мотор-редукторов SIMOGEAR

В линейке SIMOGEAR  можно выделить следующие основные виды мотор-редукторов:

• цилиндрические мотор-редукторы
• плоские мотор-редукторы
• конические мотор-редукторы
• цилиндро-червячные мотор-редукторы

Они имеют следующие особенности и преимущества:

Высокая энергоэффективность

При разработке мотор-редукторов SIMOGEAR особое значение имела высокая энергоэффективность.

Благодаря принципу вставной ведущей шестерни на первой передаточной ступени редукторов SIMOGEAR достигаются более высокие передаточные числа - по сравнению с редукторами с насадной ведущей шестерней. Таким образом, во многих случаях вместо 3-ступенчатых редукторов с КПД приблизительно в 94 % используются 2-ступенчатые цилиндрические и плоские редукторы с КПД ≥ 96 %.

Механический КПД 2-ступенчатых конических мотор-редукторов SIMOGEAR  равен или превышает 96 %. Благодаря диапазону передаточных чисел от i = 3,5 до 59 они отвечают всем требованиям для использования в подъемно- транспортном оборудовании.

В комбинации с электродвигателями Siemens серии 1LE для классов энергоэффективности IE2 (повышенный класс энергоэффективности) и IE3 (премиум-класс энергоэффективности) мотор-редукторы SIMOGEAR обеспечивают высокое энергосбережение и вносят свой вклад в защиту окружающей среды.

Малогабаритность и низкий вес для использования на установках с ограниченным монтажным пространством

Встроенный торцовый щит вместо переходной пластины и торцового щита уменьшают общую массу и экономят место на установке заказчика.

Благодаря встроенному торцовому щиту дополнительно сокращается число интерфейсов и уплотнительных соединений.

Благодаря оптимизированному опорному узлу удалось значительно уменьшить монтажную длину у конических редукторов SIMOGEAR.

Точная градация передаточных чисел для выбора правильной скорости вращения выходного вала

Широкий спектр передаточных чисел, начиная от очень маленьких и заканчивая очень большими, у мотор-редукторов SIMOGEAR обеспечивает необходимую гибкость при решении задач с приводами.

Кроме этого, благодаря уменьшенной окружности скорости первой ступени, редуктор стал работать тише. 

Модульный принцип MODULOG для максимальной гибкости

При конструировании двигателей мотор-редукторов SIMOGEAR используется проверенный временем модульный принцип MODULOG.

Основным компонентом модуля является соответствующий международным требованиям к сети базовый двигатель.

На неприводной стороне предлагается индивидуальная, конфигурируемая система пристраиваемых опций вала, например, для тормоза, блокиратора обратного хода, энкодера, принудительной вентиляции и защитного козырька.

Все это обеспечивает высокую техготовность и сокращение сроков поставки.

Мотор-редуктор SIMOGEAR

Классификация момента на выходе мотор-редукторов:

Реактивные мотор-редукторов SIMOGEAR

В линейке продукции SIMOGEAR, реактивные мотор-редукторы превосходят по динамическим показателям М-Р с асинхронным электродвигателем и уступают серво (планетарным серво) М-Р,  выигрывая у последних по ценовым показателям.

График линейки М-Р (SIMOGEAR) представлен на рисунке 2.

Рис.2 – График распределение мотор-редукторов SIMOGEAR в зависимости (цена; динамичность, компактность)

Рассмотрим энергоэффективность применения системы с реактивным двигателем по сравнению с системой с асинхронным двигателем (при номинальной нагрузке и частичной нагрузке).

КПД при номинальной нагрузке

• С точки зрения номинальной нагрузки КПД приводной системы с реактивным двигателем выше, чем КПД приводной системы с асинхронным двигателем IE4

КПД при частичной нагрузке

• С точки зрения частичной нагрузки КПД приводной системы с реактивным двигателем значительно выше, чем КПД приводной системы с асинхронным двигателем IE4.

Собственный момент инерции

• Благодаря оптимизации, направленной на повышение КПД (медный ротор, многослойные конструкции), собственный момент инерции ниже, чем у двигателей IE3 и IE4
• Синхронные реактивные двигатели имеют примерно такой же момент инерции, как стандартные асинхронные двигатели с классом энергоэффективности IE2.

И как следствие, более низкий собственный момент инерции увеличивает динамику и может использоваться с двигателями с более низкой номинальной мощностью

Тепловые характеристики

Реактивные мотор-редукторы SIMOGEAR имеют высокую надежность благодаря низкой температуре двигателя.

• Тепловой запас

Синхронные реактивные двигатели практически не имеют потерь в роторе. По этой причине у них значительно более высокий тепловой запас по сравнению с асинхронными двигателями.

• Номинальный крутящий момент

С таким тепловым запасом синхронные реактивные двигатели могут работать при снижении частоты вращения до 10 % от номинальной частоты вращения с номинальным крутящим моментом без необходимости снижения крутящего момента.

• Высокая устойчивость к перегрузкам 

С таким тепловым запасом синхронные реактивные двигатели могут работать и в низком диапазоне частот вращения при более высоких перегрузках.

За счет низких потерь в роторе, синхронные реактивные двигатели имеют высокие температурные резервы.

Мотор-редукторы SIMOGEAR с преобразователями частоты:

Примеры:

1.

Синхронный реактивный мотор-редуктор SIMOGEAR с преобразователями SINAMICS G120 и S120

Пример для 1,5 кВт:

Реактивный двигатель имеет такой же крутящий момент в номинальной точке, как и асинхронный двигатель мощностью 1,5 кВт.

Синяя кривая:

Номинальный крутящий момент можно регулировать в диапазоне частот вращения от 150 до 2200 оборотов в минуту.

Фиолетовая кривая:

Максимальный крутящий момент соответствует 200 % от номинального крутящего момента только в короткий промежуток времени. При ослаблении поля крутящий момент падает.

Черная кривая:

Крутящий момент ниже черной кривой можно непрерывно регулировать (тепловыми параметрами). Это соответствует эксплуатационному коэффициенту в правой таблице.

Оранжевая и красная кривая:

Инвертер с соответствующим номинальным током может регулировать кривые крутящего момента.

2.

Синхронный реактивный мотор-редуктор SIMOGEAR с преобразователем SINAMICS G110M – Высокий КПД

В данной конфигурации может быть обеспечен максимальный КПД синхронного реактивного двигателя.

Пример 1,5 кВт:

Реактивный двигатель имеет такой же крутящий момент в номинальной точке, как и асинхронный двигатель мощностью 1,5 кВт.

Синяя кривая:

Номинальный крутящий момент можно контролировать в диапазоне частот вращения от 900 до 1500 оборотов в минуту. В самом низком диапазоне частот вращения с ростом температуры номинальная величина нагрузки снижается на 80 % от номинального крутящего момента. Это соответствует величине эксплуатационного коэффициента. Эти данные можно получить из таблицы.

Пунктирная фиолетовая кривая:

Максимальный крутящий момент соответствует 200 % от номинального крутящего момента только в короткий промежуток времени.

3.

Синхронный реактивный мотор-редуктор SIMOGEAR с преобразователем SINAMICS G110M – Оптимизированные характеристики.

Пример 1,5 кВт:

В номинальной точке мощность системы 1,5 кВт можно контролировать таким же преобразователем, как в предыдущем примере с высоким КПД, но с двигателем меньшей мощности 1,1 кВт (благодаря температурным запасам).

Синяя кривая:

Кривая крутящего момента для примера с высоким КПД с мощностью 1,5 кВт (двигатель и инвертер мощностью по 1,5 кВт каждый).

Оранжевая кривая:

Кривая крутящего момента при использовании двигателя мощностью 1,1 кВт соответствует мощности системы 1,5 кВт с оптимизированными характеристиками (OP). В диапазоне частот вращения от 1200 до 1500 об/мин крутящий момент такой же, как для примера с высоким КПД.

Пунктирные кривые:

Максимальный крутящий момент— только за короткий промежуток времени.

ООО «Сименс», г. Москва,

тел.: +7 (495) 737‑17-37

e‑mail: icc.ru@siemens.com

сайт: www.siemens.ru