Pablo Software Solutions
 
Napędy Elektrowibracyjne z Silnikami PMSM
Copyright (c) 2013 by Komel All Rights reserved
Nowa generacja wysokosprawnych elektrowibratorów do urządzeń wibracyjnych

W latach 2015-2018 w Instytucie Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL oraz w firmie DEMETRIX Sp. z o.o Sp. k realizowano prace badawcze nad nowym typem wysokosprawnych napędów elektrycznych dla przemysłowych maszyn elektrowibracyjnych, jak przesiewacze czy przenośniki wibracyjne. Prace te były dofinansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach trzeciej edycji Programu Badań Stosowanych. W wyniku realizacji projektu opracowano, wykonano i przebadano nowatorski, modelowy, dwusilnikowy napęd elektrowibracyjny, generujący drgania liniowe, charakteryzujący się szeregiem zalet w stosunku do rozwiązań tego typu napędów dostępnych obecnie na rynku.

W dotychczasowych rozwiązaniach dwusilnikowych napędów elektrowibracyjnych dla przemysłu stosowane są elektrowibratory z silnikami indukcyjnymi, zasilanymi zwykle bezpośrednio z trójfazowej sieci elektrycznej. W nowym rozwiązaniu napędu zastosowano wysokosprawne silniki synchroniczne z magnesami trwałymi (ang. skrót PMSM od Permanent Magnet Synchronous Motor), zasilane z dedykowanego przemiennika częstotliwości, wyposażonego w jeden stopień prostownikowy, jeden sterownik mikroprocesorowy oraz dwa stopnie falownikowe, po jednym na silnik. Przemiennik częstotliwości skonstruowała i dostarczyła firma ENEL-PC.

Dla zapewnienia możliwości zastosowania napędu w różnego typu urządzeniach wibracyjnych wymagających wymuszenia drgań liniowych, opracowano procedury rozruchu i sterowania napędem, zaimplementowane programowo w sterowniku przemiennika, umożliwiające rozruch i pracę napędu z zachowaniem w pełni przeciwbieżnej pracy obu elektrowibratorów od startu do zatrzymania, niezależnie od pozycji spoczynkowych mas niewyważonych elektrowibratorów w danym urządzeniu wibracyjnym. Ponadto w układzie sterowania napędem przewidziano możliwość zadawania cyklu pracy urządzenia wibracyjnego, z uwzględnieniem płynnej regulacji prędkości kątowej napędu i płynnej regulacji kierunku generowanych drgań liniowych. Cykl pracy napędu może być zadawany i nadzorowany przez zewnętrzny komputer nadrzędny, sterujący np. procesem technologicznym.

Istotnymi zaletami wynikającymi z zastosowania w urządzeniach elektrowibracyjnych nowych napędów z silnikami PMSM są:

* zdecydowanie poprawiona kultura pracy napędu elektrowibracyjnego, poprzez wyeliminowanie lub ograniczenie niepożądanych, niekontrolowanych drgań i hałasu urządzeń wibracyjnych w trakcie ich rozruchu i zatrzymania, z uwagi na zapewnienie w pełni przeciwbieżnej pracy napędu dwusilnikowego od startu aż do zatrzymania - w rozwiązaniach klasycznych z dwoma silnikami indukcyjnymi praca przeciwbieżna jest osiągana dopiero przy wyższych prędkościach kątowych napędu wibracyjnego, pod koniec tzw. procesu samosynchronizacji, natomiast w trakcie rozpędzania napędu procesowi samosynchronizacji towarzyszą zawsze niekontrolowane drgania o wysokiej amplitudzie, zwiększające hałas, obniżające trwałość urządzeń wibracyjnych i mogące nawet skutkować ich zniszczeniem (zmęczenie materiału, niepowodzenie procesu samosynchronizacji z różnych przyczyn). Podobne niepożądane zjawiska występują przy zatrzymaniu klasycznych dwusilnikowych napędów wibracyjnych, gdy następuje rozsynchronizowanie prędkości kątowych dwóch elektrowibratorów;
* poprawione bezpieczeństwo użytkowania i obsługi urządzeń wibracyjnych - z tego samego powodu jak wyżej;
* zwiększona trwałość napędzanych urządzeń wibracyjnych - z tego samego powodu jak wyżej;
* nowa funkcjonalność napędów elektrowibracyjnych z silnikami PMSM:
- możliwość zmiany kierunku generowanych drgań liniowych, ograniczona jedynie konstrukcją napędzanego urządzenia wibracyjnego (w przesiewaczach skutkuje to zmianą parametrów przesiewania, w przenośnikach i podajnikach wibracyjnych zmianą kierunku przemieszczania transportowanego materiału);
- możliwość regulacji prędkości obrotowej napędu wibracyjnego w szerokim zakresie (zmiana częstotliwości drgań i tym samym parametrów przesiewania, szybkości transportu materiału);
- możliwość zadawania cyklu pracy napędu wibracyjnego, z uwzględnieniem zmian prędkości napędu i kierunku generowanych drgań, możliwość zaprogramowania i wywoływania z pamięci sterownika różnych wcześniej zaprogramowanych cykli pracy napędu;
* możliwość zmniejszenia gabarytu i masy napędzanych przemysłowych urządzeń wibracyjnych;
* znaczące zmniejszenie energochłonności urządzeń wibracyjnych, zwłaszcza pracujących w ruchu ciągłym;
* możliwość zastosowania nowych funkcjonalności napędu wibracyjnego (wymienionych wyżej) dla materiałów trudno-odsiewalnych, gdzie klasyczne napędy wibracyjne są mało efektywne (zwiększenie wydajności przesiewania dla pewnej grupy materiałów).

Poniżej przedstawiono wnioski z porównania wybranych danych konstrukcyjnych i parametrów uzyskanych w wyniku badań laboratoryjnych dla oferowanych przez renomowanego producenta klasycznych elektrowibratorów indukcyjnych trójfazowych, czterobiegunowych, o mocy wejściowej 2.5 kW i prędkości obrotowej 1500 obr/min oraz odpowiadających im wydajnością elektrowibratorów bazujących na silniku PMSM typu SMwsK112S6:
- przy tej samej średnicy zewnętrznej rdzenia magnetycznego stojana silnika, długość czynną obwodu elektromagnetycznego elektrowibratora zmniejszono w nowym rozwiązaniu o 36%;
- pomimo zmniejszenia długości obwodu elektromagnetycznego, uzyskano sprawność elektrowibratora z silnikiem PMSM o prawie 8 punktów procentowych wyższą od sprawności odpowiedniego elektrowibratora indukcyjnego (dla mocy na wale 2 kW osiągnięto w elektrowibratorze bazującym na silniku PMSM sprawność 89.3%, wobec sprawności 81.6% dla elektrowibratora; indukcyjnego;
- po uwzględnieniu sprawności przemiennika częstotliwości ok. 98%, sprawność modelowego napędu z elektrowibratorami PMSM wynosi ok. 87.5% i nadal jest o 6 p.p. wyższa od sprawności rozwiązania klasycznego, indukcyjnego;
- zmniejszenie długości rdzenia magnetycznego elektrowibratora o 36% przekłada się, przy zastosowaniu podobnej konstrukcji i materiałów w kadłubie i tarczach łożyskowych, na redukcję masy elektrowibratora PMSM w stosunku do elektrowibratora indukcyjnego o ok. 17.5%, (z 89 kg bez zamontowanych mas niewyważonych na ok. 73.5 kg).

Opisane rozwiązanie napędu wibracyjnego dwusilnikowego, bazujące na zastosowaniu silników PMSM zasilanych z dedykowanego przemiennika częstotliwości, uzyskało ochronę patentową. W oparciu o to rozwiązanie, instytut Ł-KOMEL wraz z firmą DEMETRIX oferują opracowanie i wykonanie przemysłowych urządzeń wibracyjnych dostosowanych do specyficznych wymagań klienta, charakteryzujących się lżejszą konstrukcją i zmniejszonymi wymiarami gabarytowymi oraz znacznie wyższą sprawnością napędu elektrowibracyjnego w stosunku do rozwiązań dostępnych obecnie na rynku.

Projekt "Nowa generacja wysokosprawnych elektrowibratorów do urządzeń wibracyjnych", współfinansowany ze środków NCBiR w ramach Programu Badań Stosowanych, zgodnie z umową: PBS3/B4/15/2015.







Zdjęcia z badań modelowego napędu elektrowibracyjnego
z silnikami PMSM
Siedziba Główna
Al. Roździeńskiego 188
40-203 Katowice
Biuro Konstrukcyjne
Laboratorium Maszyn Elektrycznych
Zakład Wdrożeniowy
ul. Moniuszki 29, 41-209 Sosnowiec
Dyplom "Produkt Roku 2019"
za Wysokosprawny napęd elektrowibracyjny dwusilnikoiwy