ЛСМ СЗЭМО (лаборатория спецмашин) “Мета ЭМ” проектирует и изготавливает дисковые синхронные вентильные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов (ДСД). ДСД разрабатывались уже в СССР, в частности в одной из лабораторий ВНИИЭЛЕКТРОМАШ (г. Санкт-Петербург). Работа ЛСМ является развитием этих работ на современном уровне техники и технологии.
Под дисковым синхронным вентильным двигателем понимают систему регулируемого электропривода, состоящую из дискового электродвигателя переменного тока, конструктивно подобного синхронной машине с возбуждением от постоянных магнитов, и устройства управления, обеспечивающих коммутацию цепей обмоток электродвигателя в зависимости от положения ротора двигателя. В этом смысле вентильный двигатель подобен двигателю постоянного тока, в котором посредством коллекторного коммутатора подключается тот виток обмотки якоря, который находится под полюсами возбуждения. Такого рода двигатели не только регулируются по скорости, но способны преобразовывать параметры электрического сигнала в параметры вращения вала. В отечественной электротехнике традиционно такие двигатели назывались исполнительными, а за рубежом - серводвигателями.
У ДСД, наряду с преимуществами против асинхронного двигателя, есть существенные преимущества в сравнении с двигателями постоянного тока:
- высокая надежность по причине отсутствия коллекторного аппарата;
- достаточно высокие напряжения на статоре и, следовательно, мощности ДСД позволяют применять их в высокоскоростных приводах большой мощности;
- допустимые высокие темпы изменения тока статора существенны в применениях в высокодинамичных электроприводах.
Технологические процессы разнообразны по своему содержанию и областям использования. Еще более разнообразны производственные машины и механизмы, осуществляющие различные технологические процессы. Благодаря своим хорошим регулировочным качествам ДСД получили широкое применение для привода различных промышленных машин и механизмов.
- Дисковая конфигурация наиболее эффективна для высокомоментных электромашин.
- Уровень “моментности” электромашины характеризуется статическим моментом, т.е. моментом на валу машины на скорости вращения вала близкой к нулевой. Статические моменты сопротивления движению возникают под действием сил сопротивления: силы трения (механизмы передвижения экскаваторов, кранов, подачи металлорежущих станков и т.д.); силы сопротивления при обработке металла давлением (прокатка, штамповка, ковка); силы сопротивления резанию (металлорежущие станки и экскаваторы); силы тяжести (грузоподъемные и транспортные машины) и ветра (при передвижении на открытом воздухе). “Высокомоментность” позволяет использовать эти двигатели без редуктора и создавать “безредуторный” привод.
Размер - это еще одно важное достоинство: в отличие от традиционных цилиндрических машин, ДСД как правило больше в диаметре, но значительно короче. Его компактная, блинообразная форма позволяет размещать его в устройствах меньшего габарита. Заказчик имеет возможность изменять по специальному заказу внешнюю геометрию, посадочные и присоединительные размеры двигателя.
- Гибкость ДСД позволяет учитывать особые условия использования и выпускать специальные модификации:
- двигатели с полым ротором ( например, серия сервоприводов с полым ротором для станочных применений, предназначенных для работы в паре с ШВП (шариковинтовыми парами);
- двигатели с встроенным дисковым редуктором;
- двигатели-лебедки;
- мотор - колесо, в том числе с режимом торможения;
- бескорпусные встраиваемые в механизм двигатели;
- возможность пакетирования дисковых модулей для наращивания общего момента (при спец. требованиях к размерам).
- Конструкция ДСД позволяет не применять специальных средств охлаждения в номинальных режимах. Однако, дополнительное воздушное или водяное охлаждение может повысить выходные характеристики до 10 раз.
- ДСД могут поставляться как сверхкомпактные высокооборотные электромашины большой мощности. Так, электродвигатель мощностью 400 кВт при оборотах 15000 об/мин имеет размер всего 600х600 мм.
- Для управления всеми сериями ДСД применяются силовые модули с блоком микропроцессорного управления. Модули могут работать с разными типами датчиков угла поворота ротора, Холла, фотодатчиками и фотоинкрементальными преобразователями. Модули и блоки управления могут поставляться как в виде встраиваемых плат, так и в виде законченных приборов разного исполнения.
- Микропроцессорное управление позволяет моделировать требуемую нагрузочную характеристику, наиболее оптимально соответствующую технологическому процессу.
Слева естественные механические характеристики традиционных двигателей:
- Постоянного тока независимого возбуждения.
- Постоянного тока последовательного возбуждения.
- Асинхронного.
- Синхронного.
Ниже приведены сравнительные характеристики традиционных управляемых двигателей с ДСД.
.
| ХАРАКТЕРИСТИКИ | двигатель постоянного тока | Асинхронный двигатель, управляемый от преобразователя частоты (разомкнутый контур U/f) | Асинхронный двигатель, управляемый от преобразователя частоты (замкнутый контур U/f) | ДСД |
| Диапозон регулирования | 100 - 300 :1 | 10 - 20 : 1 | 100 : 1 | 300 - 10000 : 1 |
| Перегрузка М / Мн (%) | 150 … 200 | 150 | до 300 | 400 - 600 |
| t разг (%) при замкнутом контуре управления (ДСД=100%) | 500 | 450 … 500 | 300 … 400 | 100 |
| Принудительно охлаждение для широкого диапозона регулирования | да | да | да | нет |
| Статический момент (на нулевой скорости) | нет | нет | нет | да |
| Обслуживание двигателя | большое | небольшое | небольшое | небольшое |
| Аварийный останов с помощью механич. тормоза двигателя |
хорошо | хорошо | хорошо | хорошо* |
| 4-х квадратный режим | с возвратом энергии в сеть (рекуперативное торможение) | с тормозным резистором | с тормозным резистором | с возвратом энергии в сеть или тормозным резистором |
| Возможность позиционирования и точность повторения | зависит от генератора и внешних устройств | нет | точность позиционирования приблизительно +/-50 угловых минут | точность позиционирования - секунды |
*ДСД сам по себе является качественным тормозом, поэтому механический тормоз применяется только как аварийным и стояночным тормозом.
На этом рисунке показаны механические характеристики типовых рабочих машин. Характеристика 1 соответствует машинам с рабочим органом резания; если толщина снимаемого резцом слоя постоянна, то момент сопротивления такой машины не зависит от скорости. Характеристика 2 отвечает условиям работы машин, где момент сопротивления определяется, главным образом, силами трения (транспортеры, конвейеры и др. машины). В этом случае момент сопротивления также не зависит от скорости механизма, однако, при пуске механизма момент, создаваемый силами трения покоя может существенно превышать момент сил трения при движении.
Характеристика 3 относится к грузоподъемным механизмам, где момент сопротивления движению создается, главным образом, силой тяжести. Особенностью данной характеристики является то, что момент при подъеме груза несколько превышает момент сопротивления при спуске груза (характеристика 3), что связано с учетом механических потерь в передачах.
Для турбомеханизмов (центробежных и осевых насосов, вентиляторов и компрессоров) момент на валу механизма существенно зависит от скорости - характеристика 4. Для вентиляторов эта зависимость носит квадратичный характер 
.
Характеристикой, близкой к гиперболе 
, обладают намоточные устройства и другие машины, для которых технологически необходима работа с постоянством мощности.
Отметим, что моменты на валу рабочей машины, определяемые ее механической характеристикой, не учитывают динамической составляющей момента, которая возникает при изменении скорости двигателя 
.
Установившийся режим работы характеризуется тем, что скорость двигателя и рабочей машины остается в процессе работы постоянной. При этом момент, развиваемый двигателем, и момент сопротивления движению также постоянны.
Анализ механических характеристик двигателей и типовых рабочих механизмов показывает, что только ДСД, механическая характеристика которого может моделироваться системой управления, может обеспечить установившийся режим работы для любого механизма.
ДСД наиболее успешен в современных применениях, включая прецизионную обработку, промышленную робототехнику, поворотные станы, центрифуги, конвейерные системы, упаковочные системы, и миксеры. В упаковочной промышленности безредукторный двигатель позволяет эксплуатировать линии дольше, при этом требуя меньше обслуживания и меньше ремонта. Конвейерные системы имеющие дело с варьирующимся весом выиграют от применения ДСД благодаря его пиковому моменту, который не даст им остановиться под весом, превышающим номинальную нагрузку.
ЛСМ СЗЭМО в настоящий момент проектирует и изготавливает двигатели с преимуществами:
- компактный монтаж, благодаря очень большой удельной мощности;
- высокая динамика, благодаря малому моменту инерции и низкой индуктивности обмоток;
- улучшенный теплоотвод;
- универсальное использование для большого числа приложений, встраиваемость в механизм;
- широкий спектр двигателей.
С областью применения:
- автоматические сборочные линии;
- роботы и манипуляторы;
- конвейеры;
- металлорежущие станки;
- обработка дерева, стекла, керамики;
- печатные машины;
- координатные машины;
- упаковочные станки, станки для обработки пластмасс;
- механизмы для намотки и размотки материала.
С техническими параметрами.
| Тип двигателя | дисковый синхронный двигатель с возбуждением постоянными магнитами |
| Материал магнита | редкоземельный магнит |
| Изоляция обмотки статора по EN 60034-1 (IEC 60034-1) | класс нагревостойкости F для перегрева обмотки в Δ T |
| Исполнение по EN 60034-7 (IEC 60034-7) | IMB5 (IMV1, IMV3) |
| Класс защиты по EN 60034-5 (IEC 60034-5) | IP 54 |
| Охлаждение | Самоохлаждение |
| Контроль температуры | Датчик температуры в обмотке статора |
| Конец вала на стороне A по DIN 748-3 (IEC 60072-1) | Со шпонкой и пазом |
| Точность вращения, соосность и равномерность вращения по DIN42955 (IEC 60072-1) | Допуск N (обычный) |
| Вибрация по EN 60034-14 (IEC 60034-14) | Уровень N (обычный) |
| Уровень шума, макс. по EN 21680 | 65-70db (A) |
| Опции | датчики инкрементальные TTL (RS422), sin/cos 1 Vpp, 100-10000 об/мин |
| класс нагревостойкости H для перегрева обмотки + 140 ° C | |
| напряжение двигателя 12-500 В | |
| расширенный режим эксплуатации -50 ° С - +50 ° С | |
| встроенное охлаждение | |
| полый вал | |
| безвальная конструкция | |
| класс защиты IR65, IR68 | |
| стояночный тормоз | |
| планетарный или цевочный редуктор |
