Сравнительная оценка управляемых электроприводов переменного тока

На рынке представлено множество моделей электроприводов. Технологии не стоят на месте и на рынке стали появляться новые вентильные индукторные электроприводы (ВИП).

ВИП - это сочетание индукторной машины и полупроводникового преобразователя, являющееся новым витком в развитии электромеханики регулируемого электропривода. Для того, чтобы понимать различия и преимущества существующих электроприводов предлагается подробная таблица сравнения.

АД - асинхронный двигатель,
АД с ПЧ - асинхронный двигатель с преобразователем, 
СД - синхроный двигатель,
ПМ - постоянные магниты.

Показатели АД с ПЧ СД с ПМ ВИП (вентиль-индукторный)
Двигатель  
  1. Конструкция 1. Обмотка распределённая с пересекающимися лобовыми частями.
2. Ротор с короткозамкнутой обмоткой или фазный с контактными кольцами.
3. Датчик положения ротора не требуется. Для увеличения точности и диапазона регулирования устанавливают энкодер для измерения частоты вращения.
1.Обмотка может быть распределённой и катушечной.
2. Ротор с постоянными магнитами.
Требуется отбор магнитов для обеспечения однородности их свойств.
3. Требуется установка датчик положения ротора.
4. Требуется специальная защита ротора от налипания ферромагнитных частиц при воздушном охлаждении.
1.Обмотка,выполнена из отдельных катушек аппаратного типа, не имеет пересекающихся лобовых частей, более простая и надёжная.
2. Зубчатый ротор без обмоток и магнитов, наиболее простой по конструкции.
3. Требуется установка датчика положения ротора.
  2. Технология
изготовления
Средней сложности и трудоёмкости
.
Дополнительные затраты на заливку «беличьей клетки» ротора.
Повышенной сложности
и трудоёмкости.
Дополнительные затраты на приспособления для установки магнитов. Требуется обеспечение высокой точности и симметрии при изготовлении для исключения одностороннего тяжения магнитов.
Пониженной сложности
и трудоёмкости.
Опыт изготовления крупных машин на ремонтных заводах показал, что ИД могут быть изготовлены на любом электромеханическом заводе, имеющем необходимое станочное и крановое оборудование
3. Кратность
пусковогомомента
  2,0-2,5   3,0-3,5 2,5-3,0
Определяется возможностями
инвертора
  4. Надёжность Средняя.
Возможны пробой обмоток в лобовых частях при вибрации, выход из строя «беличьей клетки» при механических и тепловых воздействиях.
Относительно высокая. Возможно изменение характеристик магнитов при перегреве. Высокая. Простые и надёжные катушечные обмотки, ротор пассивный.
  5. Живучесть и
безопасность
Средняя.
При выходе из строя фазной обмотки или «беличьей клетки» двигатель отключается по защите.
Средняя.
При коротком замыкании обмотки магнит выключить нельзя, даже если двигатель отключается защитой.  Возможно возгорание обмотки.
Высокая.
Вследствие уникального свойстваиндук-торной реактивной машины (между фазами отсутствует магнитная связь) фазы могут работать автономно и при выходе катушки из строя двигатель сохраняет свою работоспособность.
6. Регулирование
частоты вращения
Относительно в широком диапазоне («вниз» и «вверх»). Пониженный диапазон регулирования и только «вниз», что существенно сокращает возможность транспортного применения.   В широком диапазоне
(«вниз» и «вверх»).
  7. Энергоэффективность   Повышенная по сравнению с ДПТ. Самая высокая.
Вследствие того, что возбуждение обеспечивают магниты, омические потери минимальные.
КПД самый высокий.
Высокая.
КПД выше, чем у АД, но ниже, чем у СД с ПМ. ИД в широком диапазоне частот вращения работает в одноимпульсном режиме, при этом в напряжении отсутствует ШИМ. Потери в роторе ниже, чем в АД.
  8. Быстродействие   Среднее.   Повышенное. Высокое.
За счёт малой инерционности безобмоточного ротора и относительно низкой индуктивности обмотки статора.
9. Регулирование
частоты вращения
Относительно в широком диапазоне («вниз» и «вверх»). Пониженный диапазон регулирования и только «вниз», чтосущественно сокращает возможность транспортного применения. В широком диапазоне
(«вниз» и «вверх»).
  10. Вибрации и шум   Средние.   Минимальные. Средние.
Уровень шума и вибраций соответствует АД с ПЧ. Для этого ИД должен правильно быть спроектирован и правильно управляться.
  11. Тепловыделения   Средние.
Требуется отвод тепла от ротора.
  Минимальные. Средние.
За счёт снижения площади теплоотдачи с катушечных обмоток требуется тщательное проектирование системы охлаждения. Ротор нет требует охлаждения.
12. Массогабаритные
показатели
Средние.
Меньше, чем у ДПТ.
Высокие.
Массогабаритные показатели,
могут быть меньше в 1,5-2 раза.
Средние.
Соответствуют АД.
  13. Безредукторное
применение
Возможность низкая.
Невозможно обеспечить многополюсное исполнение.
Возможность средняя.
Возможно обеспечить многополюсное исполнение при радиальном размещении магнитов, что увеличивает габариты ротора и его массу.
Возможность высокая.
Повышенная возможность создания многополюсной конструкции за счёт применения, так называемой, гребенчатой зубцовой зоны.
  14. Эксплуатация
и ремонт
Показатели повышенныепо сравнению с ДПТ.Отсутствует коллектор и необходимость его обслуживания. При ремонте вышедшей из строя катушки требуется удалять практически всю распределённую обмотку. Высокие.
Требуется осмотр состояния
ротора с ПМ. Требования по ремонту обмоток аналогичные АД.
Самые высокие.
Требуется обслуживание только подшипников. При ремонте обмотки достаточно только снять вышедшую из строя катушку обмотки. Минимальные затраты на ремонт
  15. Себестоимость Средняя.
Ниже, чем у ДПТ.
Самая высокая.
Выше в 2– 2,5 раза, чем у АД.Стоимость магнитов может составлять более 50% стоимости всего двигателя. Стоимость 1 кг магнитов NdFeBс допустимой температурой до 180 0С порядка 1200 евро.
Пониженная.
Примерно на 30% ниже, чем у АД



Показатели АД с ПЧ СД с ПМ ВИП
Преобразователь  
  1. Конструкция
Трёхфазный мост. При этом обмотки двигателя, как правило,  соединены в треугольник. Аналогичная конструкция,
что и ПЧ для АД или для СД с распределённой обмоткой.
Асимметричный полумост на чопперах (или двухключевых модулях для ВИП большой мощности).Обеспечена автономность работы каждой фазы.
  1. Надёжность и живучесть
Средняя Средняя Высокая.
Обусловлена схемными решениями, исключающими возможность сквозных коротких замыканий.
 
  1. Энергоэффективность
  Относительно высокая.   Относительно высокая. Высокая.
Более высокий КПД преобразователя за счет работы на низкой частоте 0,1-0,3 Гц в отличие от инверторов АД и СД, работающих в режиме ШИМ на частотах выше 2 к Гц.
  1.  Себестоимость
  Стоимость зависит от функциональных возможностей. Наибольшая цена для инверторов, реализующих векторное управление.   Стоимость зависит от функциональных возможностей. Примерно на том же уровне, что и ПЧ для АД. Стоимость примерно на 15-30% выше, за счёт большей ёмкости фильтра и ключей с более высокой токовой нагрузкой. Может быть снижена при применении ИД двухпакетной конструкции шестифазного исполнения.