Преобразователь крутящего момента что это

Гидротрансформатор АКПП: все об устройстве и неисправностях

Гидротрансформатор – это далеко не новое изобретение для автомобильной индустрии. Впервые он появился порядка ста лет назад, но за долгое время своего существования устройство претерпело значительные изменения. Сегодня гидротрансформаторы используют для передачи крутящего во многих отраслях промышленности. Разумеется, автомобильная промышленность исключением не стала. Об особенностях устройства гидротрансформаторов, принципе их работы, а также неисправностях вы сможете узнать из материала Avto.pro.

Экскурс в историю

Прообраз современных гидротрансформаторов был создан еще в 1905 году Германом Феттингером – талантливым немецким инженером, который работал над устройствами для передачи передачи крутящего момента. Свой механизм он назвал гидромуфтой. Изначально его планировалось использовать в судах. Суть работы муфты сводилась к передаче крутящего момента с помощью рециркуляции жидкости , которая заполняла пространство между парой лопастных колес. Такое техническое решение должно было решить проблемы обратной нагрузку на валы, двигатель и их соединительные элементы – жидкость решила бы недостатки жесткой связи между агрегатами и смежными с ними деталями.

Первый автомобиль, оснащенный гидротрансформатором, выпустил концерн General Motors . Это была модель Oldsmobile Custom 8 Cruiser 1939 года. Автолюбители отметили, что управление данным автомобилем было очень легким, простым и, разумеется, комфортным. Чуть позже аналогичные устройства начали применять и в других моделях личного транспорта. Сегодня гидротрансформатор является верным спутников автоматических коробок передач. Автолюбители часто называют его « бубликом » из-за специфической геометрии.

Достоинства и недостатки

Прежде чем мы начнем изучать устройство гидротрансформаторов, давайте разберемся, почему их вообще стали применять. Трансмиссия с жестким соединением первичного вала с двигателем имеет серьезный недостаток: в определенных режимах работы двигателя на трансмиссию приходятся сильные нагрузки, которые становятся причиной ускоренного износа деталей. Трансформатор решил эту проблему . Но у него есть и другие достоинства. Среди них:

• Обеспечение плавного троганья с места;
• Потенциальная возможность увеличения крутящего момента от автомобильного двигателя;
• Устройство практически не нуждается в обслуживании.

Где есть достоинства, там есть и недостатки. Главная особенность гидротрансфортматора – передача момента посредством движения жидкости – является и его главным недостатком. Вот почему автоконцерны продолжают работать над его улучшением:

• Устройство имеет относительно невысокий КПД;
• Оно пагубно сказывается на динамике автомобиля;
• Стоимость устройства довольно высока.

Так как на раскручивание жидкости в гидротрансформаторе требуется время и мощность, динамика автомобиля может пострадать. Кроме того, проектирование и сборка гидротрансформатора требует больших экспертных мощностей и денежных трат. Автомобиль, оснащенный АКПП с трансформатором стоит дороже моделей с наиболее простой механической трансмиссией. Но с учетом того, что устройтсво не только делает работу трансмиссии более плавной, но и увеличивает ее эксплуатационный ресурс, денежные траты окупаются.

Подробнее о принципе работы

Принцип работы гидротрансформатора сводится к передаче момента от двигателя к автомобильной трансмиссии без создания жесткой связи . Момент передается посредством рециркуляции жидкости. По сути, работает трансформатор АКПП так же, как и гидравлическая муфта. Но не стоит путать два этих устройства – гидротрансформатор несколько сложнее. Он состоит из таких элементов:

1. Корпус;
2. Насосное колесо / насос;
3. Статор / реактор;
4. Обгонная муфта;
5. Механизм блокировки / плита блокировки;
6. Турбинное колесо / турбина.

Запчасти на Ford custom

CUSTOM Tourneo bus (V362) (01.12 — )

Запчасти на Mazda 2

2 хетчбек (DL, DJ) (11.14 — )

Если разобрать гидротрансформатор, то можно увидеть следующее: на одной оси размещено турбинное, насосное и реакторное колесо, а весь внутренний объем механизма заполнен трансмиссионной жидкостью. Между каждым из лопастных колес нет жесткого соединения, но оно и не требуется. Насосное колесо имеет жесткое соединение с коленвалом, а значит, при запуске двигателя оно будет проворачиваться вместе с ним. Турбинное колесо имеет жесткое соединение с первичным валом автомобильной АКП. Между этими колесами расположен реактор, иначе называемый статором . Сам же реактор имеет смежный элемент – муфту свободного хода, которая не дает ему вращаться в двух направлениях. Кстати, в обычных гидравлических муфтах, которые часто сравнивают с гидравлическими трансформаторами, статора и муфты нет.

Лопасти всех колес имеет особую геометрию, которая позволяет им захватывать как можно больший объем трансмиссионной жидкости. Работает устройство так: при включении двигателя и по ходу повышения оборотов насосное колесо начинает вращаться со все большей скоростью, постепенно раскручивая и жидкость. Так как турбинное колесо имеет схожую геометрию лопастей, оно начнет вращаться, увлекаемое трансмиссионной жидкостью . Выделяется здесь только реактор – он придает жидкости ускорение. Это становится возможным благодаря особой конструкции лопаток. Они имеют специфический профиль с сужающимися межлопаточными каналами. Жидкость, входя в сужающиеся каналы, выбрасывается в сторону выходного вала с увеличенной скоростью.

Формирование потока жидкости в гидротрансформаторе напрямую определяется скоростью насосного колеса. Скорость вращения последнего, в свою очередь, зависит от скорости вращения коленчатого вала. Как только лопастные колеса синхронизируется, гидротрансформатор начинает работать как гидромуфта – он не увеличивает крутящий момент. Если же нагрузка на выходной вал увеличивается, турбинное колесо немного замедляется. Реактор (статор) блокируется, начиная трансформировать поток трансмиссионной жидкости.

Режимы работы

Для полного понимания принципов работы гидротрансформатора стоит уделить внимание режимам его работы. Как стало понятно из предыдущих разделов, этот агрегат передает крутящий момент без жесткого соединения вращающихся деталей. Однако в силу отсутствия такого соединения агрегат имеет несколько недостатков . В частности, уже упомянутые низкий КПД и посредственная динамика автомобиля. Проблемы удалось решить на конструктивном уровне – введением механизма блокировки, иначе называемого блокировочной плитой. У современных гидротрансформаторов есть несколько режимов работы:

1. Блокировка;
2. Проскальзывание.

Блокировочная плита соединена с турбинным колесом, а значит, и с первичным валом коробки передач при помощи пружин демпфера крутильных колебаний . Получив команду от блока управления трансмиссией, она прижимает к внутренней поверхности корпуса агрегата под действием давления жидкости. Так как на плите расположены фрикционные накладки, она может обеспечить жесткое соединение и передачу крутящего момента от силового агрегата трансмиссии даже без участия жидкости. Блокировка может включаться на любой из передач.

Блокировка гидротрансформатора может быть и частичной. Если плита прижимается к корпусу устройства неполностью, гидротрансформатор переходит в режим проскальзывания . Крутящий момент при этом передаваться как через механизм блокировки, так и через циркулирующую жидкость. В этом режиме автомобиль имеет достойные динамические характеристики, а его трансмиссия продолжает работать плавно. Электроника включает частичную блокировку при разгоне и отключает при понижении скорости . У данного режима есть только один недостаток: частое его включение приводит к истиранию фрикционной накладки плиты. Продукты износа попадают в трансмиссионное масло, что отрицательно сказывается на его рабочих свойствах.

Применение гидротрансформаторов

Возьмем пример того, когда гидротрансформатор упрощает пользование автомобилем. Предположим, начинается подъем на гору после движения по ровному участку дороги. Водитель забыл о манипуляциях с педалью акселератора . Так как нагрузка на ведущие колеса увеличилась, а автомобиль сбросил скорость, частота вращения турбины должна уменьшиться. При этом уменьшилось гидравлическое сопротивление – скорость циркуляции трансмиссионного масла в гидротрансформаторе увеличилась. Это означает, что крутящий момент , передаваемый валу турбинного колеса, вырос. Водитель обнаружит, что пока лопастные колеса не синхронизировались, автомобиль двигается так, будто произошел переход на низшую передачу, как это делается в автомобилях с механической коробкой передач.

Пытливый автолюбитель может обнаружить следующее: крутящий момент может преобразовываться гидротрансформатором слишком большое число раз. Что при этом происходит? Необходимая скорость уже достигнута, однако жидкость продолжает набирать скорость вращения. Здесь на выручку приходит механизм блокировки. Он создает жесткую связь между ведущим и ведомым валом. Блокировка устроена так, что потери мощности будут минимальными. При этом гидротрансформатор не увеличит расход топлива как до, так и после блокировки.

Вот еще один вопрос: если гидротрансформатор сам может менять величину крутящего момента, зачем присоединять его к автоматической коробке передач? Дело в том, что коэффициент изменение крутящего момента данного устройства равен 2,0 – 3,5 (обычно 2,4). Это не тот диапазон передаточных чисел , который нужен для эффективной работа автомобильной трансмиссии. К тому же, гидротрансформатор никак не поможет в движении задним ходом или в случаях, когда ведущие колеса разъединены с двигателем.

Неисправности гидротрансформаторов

Конструкция гидротрансформатора не кажется слишком сложной. Да, каждая деталь устройства спроектирована с учетом того, что к ней будут прилагаться большие нагрузки. Однако учтите тот факт, что в тандеме с трансформатором работает и электроника. Механические и электронные компоненты рано или поздно выходят из строя , причем у разных моделей авто могут быть свои специфические неисправности. Чаще всего автолюбители отмечают следующее:

• Появление посторонних звуков при работе трансмиссии без приложения нагрузки. Причина: износ опорных или промежуточных подшипников;
• Появление вибрации на высоких скоростях, реже – во всех режимах работы АКПП. Причина: засоренность масляного фильтра и загрязнение трансмиссионной жидкости;
• Выход реактора из строя и падение динамике автомобиля. Здесь стоит проверить обгонную муфту;
• Скрежет, стук гидротрансформатора. Причина: разрушение лопастей;
• Самопроизвольное переключение ступеней АКПП. Причина: неисправность электронной системы управления;
• Полный выход трансмиссии из строя. Такое может произойти при обрыве соединения колеса с первичным валом коробки передач. Иногда помогает восстановление шлицевого соединения.

Отдельно стоит сказать об опасности перегрева гидротрансформатора. Если автолюбитель игнорировал необходимость замены трансмиссионного масла, трансформатор будет страдать от сухого трения и перегрева . Также стоит уделять внимание остаточному ресурсу фильтра АКПП и чистоте системы охлаждения агрегата. Обычно проблема устраняется заменой расходников, чисткой и заливкой нового масла . В запущенных случаях требуется замена отдельных узлов гидротрансформатора.

Общие признаки выхода гидротрансформатора из строя: повышенный расход топлива, рывки при движении на постоянной скорости, а также при торможении двигателем, плохое состояние масла при замене. Как правило, масло в агрегате с изношенным гидротрансформатором имеет черный цвет. Некоторые неисправности могут указывать на поломку других деталей автоматической коробки передач, так что если вы заметили ненормальную работу трансмиссии , скорее обращайтесь к специалисту для диагностики своего авто.

Выбор нового агрегата

Найти новый гидротрансформатор не так уж сложно. Автолюбителям важно понимать, что при подборе нельзя допускать ошибок – если он выберет неподходящий агрегат, его не получится установить на свой автомобиль. Как результат, устройство нужно будет возвращать продавцу и начинать поиски снова. Чтобы не допустить ошибку, гидротрансформатор обычно ищут по:

• VIN-коду;
• Коду имеющегося агрегата.

Особняком стоит поиск по параметрам автомобиля. Он не всегда дает точный результат, но если вести поиски в проверенных электронных каталогах, то вероятность ошибки становятся меньше. Необходимо указывать практически все технические параметры транспортного средства – от марки, модели и года выпуска до характеристик двигателя и коробки передач.

Отдельно стоит рассказать о ремонте гидротрансформатора . Новое устройство в сборе стоит от 600 до 1000$, а иногда и больше. Ремонт же обходится в среднем в 4-6 раза дешевле. Впрочем, важно учитывать и стоимость снятия коробки передач. Как правило, мастера проводят мойку и дефектовку деталей, меняют уплотнители, гидроцилиндры, фрикционные накладки блокировочной плиты, а также по необходимости балансируют лопаточные колеса. Полный выход гидротрансформатора из строя – это запущенный случай. Автолюбителям достаточно менять расходники и вовремя проводить диагностику.

Вывод

Гидротрансформатор – это один из важных компонентов автоматических коробок передач, который делает эксплуатацию автомобиля еще более простой и комфортной. В силу относительной простоты устройства и применения деталей с большим эксплуатационным ресурсом, он редко выходит из строя. Но не стоит думать, что довести дело до капитального ремонта будет сложно. Если водитель игнорирует необходимость регулярной замены масла и фильтров, поломка случится в самый неожиданный момент. Впрочем, даже изношенный гидротрансформатор можно отремонтировать. Добиться полного выхода устройства из строя нелегко. Если вы заметили, что трансмиссия начала работать ненормально, мы советуем для начала обратиться к специалисту. Он локализует проблему и выяснит, подлежат ли компонента АКП ремонту. Так как новый гидротрансформатор стоит немалых денег, ремонт будет предпочтительнее.

Что такое частотный преобразователь, для чего он нужен и как выбрать

Частотные преобразователи (или частотники) – это электронные устройства, используемые для изменения скорости и крутящего момента асинхронных электродвигателей. Обычно используются в системах автоматического управления, включая промышленные и коммерческие системы, такие как насосы, вентиляторы, компрессоры, конвейеры и другие.

Как работает преобразователь частоты?

Частотный преобразователь изменяеь частоту и напряжения питания двигателя, что позволяет контролировать его скорость и крутящий момент вращения. Частотник может быть использован для увеличения или уменьшения скорости вращения двигателя в зависимости от требований процесса.

Чтобы частотник для двигателя правильно работал, необходимо учитывать несколько факторов: тип двигателя, его мощность, номинальную частоту и напряжение, а также необходимый диапазон скоростей. Кроме того, необходимо обеспечить правильную настройку параметров частотного преобразователя и подбор оптимальных настроек в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

Преимущества частотных преобразователей

Перед тем как купить частотный преобразователь, узнайте об обном из главных его преимуществ использования — возможность значительного снижения энергопотребления в процессе эксплуатации. Такая экономия позволяет значительно снизить затраты на энергию. Кроме того, использование преобразователя частоты улучшвет точность контроля процессов, снижает износ и повреждение оборудования.

Рассмотри дполнительные преимущества, которые делают их более эффективными и удобными для использования по сравнению с другими методами управления двигателями.

1. Энергоэффективность: Одним из основных преимуществ использования частотных преобразователей является их способность обеспечивать энергоэффективность. При использовании частотного преобразователя можно регулировать скорость вращения двигателя, что позволяет снизить потребление электроэнергии и улучшить энергоэффективность.
2. Регулировка скорости: частотники обеспечивают регулировку скорости вращения мотора, что делает их идеальным выбором для приложений, где требуется изменение скорости вращения (например, для настройки процессов или снижения износа оборудования). Регулировка скорости позволяет точно настраивать скорость вращения двигателя и поддерживать ее на постоянном уровне, что увеличивает точность и качество работы процесса.
3. Увеличение срока эксплуатации двигателя: Использование частотных преобразователей может также увеличить срок службы двигателя. Это связано с тем, что преобразователь частоты может помочь снизить нагрузку на двигатель, снизить трение и износ, что может привести к более длительному сроку службы.

Какими электродвигателями можно управлять с помощью частотного преобразователя?

Есть большое количество типов электродвигателей, которыми можно управлять, используя преобразователи частоты разных типов:

• Асинхронные (индукционные) двигатели с короткозамкнутым ротором,
• Асинхронные двигатели с внешним ротором,
• Синхронные двигатели.

Все, что будет написано в этой статье, будет касаться трех наиболее распространенных типов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и напряжением питания 220 В

Для управления этим типом двигателя используется частотник для однофазного двигателя серии SPLC-NZE мощностью от 0.75 до 3.7 кВт, который может работать только в скалярном режиме.

Трёхфазные асинхронные двигатели с соединением фаз треугольником, короткозамкнутым ротором и напряжением питания на входе 220 В

Управление этим типом двигателя возможно в векторном и скалярном режимах. Тип управления электромотором зависит от задачи и серии преобразователя.

Частотные преобразователи 220В с выходом 3 фазы серий SPLC-ESD, SPLC-ESD2 и SPLC-NLP1000 обеспечат скалярное управление двигателем. Серия частотных преобразователей SPLC-AT20 обеспечит векторное управление.

Трёхфазные асинхронные двигатели с соединением фаз звездой с короткозамкнутым ротором и напряжением питания 380В

Управление этим типом моторов возможно также в векторном и скалярном режиме.

Если у вас сеть 220В и необходимо запустить 3-фазный двигатель с питающим напряжением 380В, выбирайте частотный преобразователь 220/380 серии SPLC-NZ2200.

Если у вас есть сеть 380В и необходимо скалярное управление двигателем, Ваш выбор — преобразователь частоты серии SPLC-NLP1000.

Если у вас есть сеть 380В и необходимо векторное управление двигателем, рассмотрите покупку серий SPLC-AT20 или SPLC-NZ8400.

Какие бывают преобразователи частоты?

Преобразователи частоты – это частотно регулируемые приводы (VFDs), которые используются для управления скоростью и крутящим моментом электродвигателей. Они работают посредством преобразования входной мощности переменного тока в мощность постоянного тока, а затем обратно в мощность переменного тока с переменной частотой и напряжением для регулировки скорости вращения двигателя.

Существует три основных типа преобразователей частоты: скалярные (V/F), векторные (FOC) и с прямым управлением крутящим моментом (DTC). Каждый тип имеет свои сильные и слабые стороны, поэтому выбор преобразователя зависит от конкретного применения и типа двигателя.

Скалярные преобразователи частоты (V/F)

Преобразователи V/F, также известные как скалярные преобразователи, являются самым простым и распространенным типом преобразователей частоты. Они работают, поддерживая фиксированное отношение напряжения к частоте, которое обычно называют «отношением V/F». При изменении частоты напряжение регулируется пропорционально поддержанию соотношения V/F.

Скалярные частотные преобразователи обычно используются со стандартными трехфазными асинхронными двигателями, имеющими постоянный момент. Они хорошо подходят для применения, где контроль скорости не имеет решающего значения (например, вентиляторы, насосы и конвейеры).

На нашем сайте несколько типов частотных преобразователей, которые могут работать в скалярном режиме:

1. Серия SPLC-ESD – частотный преобразователь эконом серии для 3-фазных двигателей малой мощности от 0.2 до 1.1 кВт.
2. Серия SPLC-NLP1000 – преобразователь частоты для трехфазных двигателей мощностью до 220 кВт.
3. Серия SPLC-AT20 – преобразователь частоты для 3Ф двигателей мощностью до 280 кВт , который может работать в режимах как с векторным, так и со скалярным управлением.

Векторные преобразователи частоты

Векторные преобразователи также известны как преобразователи с управлением по полю (FOC). Они более совершенны, чем скалярные, потому что используйте более сложный алгоритм управления, учитывающий магнитное поле двигателя и положение ротора. Это позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент двигателя, а также делает их хорошо приспособленными для применений, где требуется высокопроизводительное управление скоростью: станки, компрессоры, краны, робототехника и любые другие приложения, где требуется точное поддержание частоты вращения.

Векторные преобразователи в свою очередь делятся на 2 типа:

1. Векторное бездатчиковое управление (SFVC)
2. Векторное управление в замкнутом контуре (CLVC)

Векторное бездатчиковое управление (SFVC)

Это метод управления асинхронным двигателем, использующим математическую модель для контроля за моментом и скоростью двигателя. Он основывается на измерении тока и напряжения, а также на вычислении частоты и мощности двигателя, чтобы определить его скорость и положение ротора. В этом методе не требуется использование датчиков измерения положения ротора, что делает его более экономичным и удобным в установке. SFVC использует математические алгоритмы для вычисления положения ротора, определяя его на основе измеренных параметров. Преимуществом метода SFVC является достижение высокой точности поддержания момента и скорости асинхронного двигателя. Кроме того, этот метод обеспечивает более плавный пуск и остановку двигателя, а также улучшенную эффективность и экономию энергии.

Поддерживающие частотные преобразователи (SFVC) используются для управления конвейерами, компрессорами, шпинделями станков и в других задачах, где допустима стабильность поддержания частоты вращения в пределах +/-0,5% от заданного значения.

Векторное бездатчиковое управление реализовано в сериях SPLC-AT20 и SPLC-NZ8400.

Векторное управление в замкнутом контуре (CLVC)

Режим управления асинхронным двигателем с закрытой петлей векторного контроля (CLVC) – это метод, использующий информацию обратной связи от датчиков для точного контроля скорости и положения ротора двигателя.

CLVC обеспечивает более точное управление скоростью и крутящим моментом, чем SFVC, поскольку он использует датчики обратной связи, энкодеры, которые измеряют скорость и положение ротора. Это позволяет контроллеру управлять скоростью двигателя с высокой точностью, обеспечивая мягкий пуск и остановку, а также точный контроль положения ротора, что может быть важным для некоторых приложений. Данный тип частотных преобразователей используется на волочильных станках, полиграфическом оборудовании, машинах с требованием повышенной точности для поддержания скорости и крутящего момента. Алгоритм CLVC обеспечивает стабильность поддержания частоты вращения в пределах +/-0,02% заданного значения.

Векторное управление в замкнутом контуре (CLVC) также реализовано в серии SPLC-NZ8400. При использовании данного преобразователя комплектуется дополнительной платой обратной связи и энкодером, которые заказываются отдельно.

Преобразователи прямого управления крутящим моментом (DTC)

Преобразователи с непосредственным управлением крутящим моментом (DTC) являются более совершенным типом преобразователей частоты. Они используют прогнозирующий алгоритм для расчета необходимого напряжения и частоты двигателя на основе желаемого крутящего момента и скорости.

Преобразователи DTC обеспечивают наиболее точное управление скоростью и крутящим моментом двигателя, что делает их хорошо пригодными для приложений, требующих высокоточного управления – например, печатные машины, экструдеры, крановое и текстильное оборудование. Однако они также являются самым сложным и дорогим типом преобразователя.

Алгоритм управления крутящим моментом электродвигателя реализован в серии частотных преобразователей SPLC-NZ8400 . Точность поддержания момента составляет ±5%. Высокую точность поддержания и развития момента, особенно на низких частотах, обеспечивает частотный преобразователь для кранов серии SPLC-CV20, который в режиме работы с обратной связью по энкодеру обеспечивает стартовый крутящий момент до 180% и точность поддержания момента ±3%.

На точность работы данной системы больше влияет качество электродвигателя. Если в вашем задании очень важна точная поддержка крутящего момента, то рассмотрите возможность применения сервомотора. Данный тип моторов значительно лучше справится с задачами поддержания заданного крутящего момента.

Что происходит с крутящим моментом асинхронного двигателя при использовании частотного преобразователя?

Крутящий момент является очень важным аспектом работы преобразователя частоты и, к сожалению, часто не учитывается при выборе частотника.

Крутящий момент асинхронного двигателя и частотный скалярный преобразователь

При скалярном преобразовании частоты крутящий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату питающего напряжения и обратно пропорционален частоте. Это означает, что если частота уменьшается, то крутящий момент также уменьшается.

С практической точки зрения это означает, что если скорость двигателя необходимо снизить, необходимо также уменьшить частоту подаваемой на двигатель питания. Однако при понижении частоты крутящий момент двигателя также будет уменьшаться. Это снижение крутящего момента может вызвать такие проблемы, как пониженная регулировка скорости и возможная остановка двигателя при слишком большой нагрузке.

Чтобы компенсировать это снижение крутящего момента скалярный преобразователь частоты часто увеличивает подаваемое на двигатель напряжение по мере снижения частоты. Эта функция называется буст. Она помогает поддерживать доступный крутящий момент и предотвращает остановку двигателя. Однако метод имеет ограничение и может не подходить для применений с высокими требованиями к пусковому крутящему моменту или для случаев, когда нагрузка сильно варьируется. В этих случаях могут оказаться более подходящими векторные частоты преобразователя.

Что происходит с крутящим моментом асинхронного двигателя на низких частотах, если используется векторный частотный преобразователь?

При векторном управлении крутящий момент асинхронного двигателя может поддерживаться на низких частотах без увеличения питающего напряжения, как это происходит в скалярном управлении. Это достигается путём обратной связи с ротором, что позволяет точно определить положение ротора и его скорость.

Таким образом, на низких частотах векторный преобразователь частоты может обеспечивать высокий крутящий момент, позволяющий использовать асинхронные двигатели в приложениях с высокими требованиями к моменту при пуске или работе с высокими нагрузками.

Для этого векторный преобразователь использует два способа управления: управление током и управление напряжением. Управление током позволяет точно контролировать токи статора и ротора, что позволяет точно определять положение ротора и его скорость. Управление напряжением позволяет точно контролировать напряжение на статоре и поддерживать его на требуемом уровне для обеспечения требуемого крутящего момента.

Таким образом, векторный частотный преобразователь позволяет получить высокую точность поддержания заданной скорости и крутящего момента, что делает его эффективным решением для многих приложений.

То есть, если вам нужно существенно снизить скорость вращения асинхронного двигателя, но при этом большое снижение момента не допустимо, вам необходимо выбрать векторный частотный преобразователь.

Как выбрать частотный преобразователь?

В статье «Как выбрать частотный преобразователь?» из серии статей о частотных преобразователях приведен ряд примеров, которые помогут вам осознанней определиться с выбором. Ниже приведены наиболее важные параметры, на которые следует обратить внимание:

1. Мощность: необходимо выбирать преобразователь с достаточной мощностью для работы с выбранным мотором. Здесь следует обратить внимание на условия запуска двигателя. Если пусковой момент очень велик, возможно, придется выбирать частотник большей мощности.
2. Напряжение: преобразователь должен быть совместим с напряжением электропитания в системе. Вы можете выбрать частотник с питанием от 1Ф/220В до 3Ф/380В.
3. Ток: необходимо выбрать преобразователь с током, достаточным для работы с мотором. Информацию о токе двигателя можно взять из его таблички, а допустимый ток частотного преобразователя из его документации.
4. Тип двигателя: необходимо выбрать преобразователь, совместимый с типом двигателя, который будет использоваться в системе. Вы можете использовать частотники для управления однофазными и трехфазными двигателями с питанием 220В и 380В.
5. Контроль: выберите преобразователь, обеспечивающий требуемый уровень контроля частоты вращения, положения и других параметров двигателя в соответствии с требованиями программы. Здесь вы должны решить, в каком диапазоне частот вращения вы будете использовать электродвигатель, какие требования к точности поддержания скорости и крутящего момента вы предъявляете. И согласно этим требованиям решить какой тип частотника вам необходим: скалярный, векторный без датчиков обратной связи или с датчиками обратной связи.
6. Какое дополнительное оборудование для подключения частоты преобразователя необходимо? На этом этапе вам необходимо решить, нужен ли вам входной и выходной дроссель, фильтры EMC, тормозной резистор и дроссель постоянного тока. Данной теме на сайте посвящена отдельная статья .
7. Коммуникация: если система должна подключаться к другим устройствам, необходимо выбрать преобразователь с соответствующими опциями коммуникации. Вы должны определиться с типами входных и выходных сигналов управления. Это могут быть дискретные и аналоговые входные и выходные сигналы. Также выберите тип коммуникационного протокола. На данный момент наши частотные преобразователи поддерживают следующие протоколы: Modbus (стандартно), Profibus-DP (опция), CANlink (опция), CAN (опция).
8. Установка: выберите преобразователь, который отвечает требованиям места установки и может быть установлен без дополнительной модификации системы. Большинство преобразователей частоты имеют степень защиты IP20, требующую обязательной установки преобразователи частоты в электрошкафу, желательно с принудительной вентиляцией. Но также существуют специализированные частотники со степенью защиты IP65, например серия SPLC-NZS, допускающие открытую установку частотного регулятора от попаданием на него брызг воды.
9. Техническая поддержка: выберите производителя, который может предоставить надлежащую техническую поддержку, консультации и послепродажный сервис.

Получите техническую поддержку Квалифицированные инженеры по автоматизации ЧП «Specialist» предоставят Вам необходимую консультацию по выбору, установке и настройке частотного преобразователя. Мы также поможем подобрать необходимое периферийное оборудование и произвести ремонт вашего преобразователя. Звоните бесплатно по Украине +38 0800 210 317

АКПП в деталях

С чего начинается АКПП? С точки зрения предыстории агрегата, реализация идеи АКП стала возможной с изобретением гидродинамического преобразователя крутящего момента (гидромуфты, гидротрансформатора (ГТ), а в народе – «бублика»).

Гидродинамический преобразователь крутящего момента выполняет в гидромеханической коробке передач (ГМП) функцию традиционного сцепления, а также автоматически изменяет крутящий момент в зависимости от нагрузки и частоты вращения колес автомобиля. Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин, которые свободно вращаются относительно друг друга, – центробежного «насосного» колеса, центростремительного «турбинного» и расположенного между ними неподвижного направляющего третьего лопаточного колеса, называемого «реактором». Все лопастные колеса имеют радиально расположенные лопатки. Сам ГТ на 85-90% заполнен специальной рабочей жидкостью.

«Насос» и «турбина» установлены предельно близко относительно друг друга, а их лопастные колеса имеют оптимальную форму, обеспечивающую непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости, а также уменьшение потерь энергии на перетекание жидкости от «насоса» к «турбине». Благодаря этому современный ГТ компактен и имеет минимальные габаритные размеры. Коленчатый вал двигателя через маховик жестко связан с «насосным» лопаточным колесом. А «турбинное» лопаточное колесо связано с ведомым валом. Тем самым в ГТ отсутствует жесткая связь между ведущими и ведомыми элементами, а передача энергии от двигателя к трансмиссии осуществляется потоками рабочей жидкости, которая отбрасывается с лопаток «насоса» на лопасти «турбины».

Таким образом, крутящий момент двигателя передается на «насосное» лопаточное колесо, которое направляет поток рабочей жидкости на «турбинное» колесо. Лопатки расположенного между ними «реактора» помогают вернуть поток жидкости обратно к «насосному» колесу. Для этого они имеют особый профиль, а межлопаточные каналы постепенно сужаются. По этой причине скорость, с которой рабочая жидкость течет по каналам направляющего аппарата, постепенно увеличивается, а сама жидкость с силой выбрасывается из реактора в сторону вращения «насосного» колеса, как бы подталкивая и подгоняя его и тем самым повышая эффективность его работы, а главное – преобразуя крутящий момент. При неизменном режиме работы «насоса» (а значит, и двигателя, ибо «насосное» колесо жестко связано с коленвалом) крутящий момент на выходном валу ГТ увеличивается.

Изменение крутящего момента на «турбине» от значения, равного величине момента на «насосе», до максимального значения происходит бесступенчато и, естественно, автоматически. При небольшом числе оборотов двигателя имеет место значительное отставание частоты вращения «турбины» от частоты вращения «насосного» колеса, или так называемое проскальзывание. (Именно благодаря этому эффекту становится возможной работа двигателя на холостом ходу под нагрузкой, то есть при включенной передаче можно удерживать машину педалью тормоза.) С увеличением частоты оборотов двигателя эффект проскальзывания уменьшается, что можно по аналогии сопоставить с включением сцепления на автомобиле с механической коробкой передач. Таким образом, внутри ГТ происходит бесступенчатое преобразование крутящего момента, благодаря чему достигается плавность хода автомобиля.

Крутящий момент через ГТ подается на входной («турбинный») вал диапазонной коробки, где преобразуется и подается уже на выходной вал коробки. Все это время насос работает с частотой вращения двигателя и создает рабочее давление в гидросистеме коробки (до 30 атм.).

Диапазонная коробка ГМП существенно отличается от обычных МКП тем, что передачи в ней переключаются без разрыва потока мощности с помощью приводимых гидравликой многодисковых фрикционных муфт и ленточных тормозов. За выбор передачи отвечают гидравлический и электронный блоки управления АКП.

Необходимая передача выбирается автоматически – ЭБУ посредством датчиков оценивает динамический фактор (скорость автомобиля и нагрузку на двигатель) и дает команду электрогидравлическим клапанам, управляющим фрикционными муфтами. Тем самым происходит преобразование электрического сигнала в гидравлический, а также регулирование давления в системе.

Современная ГМП легкового автомобиля состоит из основных модулей и нескольких обслуживающих систем:
1. Гидротрансформатор (ГТ). Бесступенчато передает крутящий момент от двигателя на второй модуль (диапазонная коробка).
2. Диапазонная коробка. (В общем-то, как таковая она и есть планетарная коробка передач.) В 99% конструкций в ней используются фрикционные управляющие устройства. Исключение – АКП Honda, в которых используется гидравлическая зубчатая муфта.
3. Гидравлическая распределительная система (в народе – «лабиринт», «муравейник»). Служит для распределения давления к исполнительным органам (гидроклапаны и т.д.) в гидросистеме АКП.
4. Насос. Как и в любой гидросистеме, источник высокого давления. Снабжает гидротрансформатор и гидравлический блок управления рабочей жидкостью и обеспечивает смазку коробки.
5. ЭБУ (ECM, ECU) – электронный блок управления АКП.

Кроме того, выделяют и ряд вспомогательных систем АКП:
– электропроводка;
– контрольные датчики;
– система охлаждения (так как ГТ из-за интенсивного «перелопачивания» и возникающего вязкостного трения может нагреть АКП до 300°С и выше);
– система смазки;
Сюда же можно отнести и рабочую жидкость, ошибочно называемую маслом. Она весьма сложна по составу, ее функция заключается не только в смазке механизма ГМП (содержит антипенные, теплоемкие присадки, ПАВ и др.). Правильное название этой субстанции – ATF (Automatic Transmission Fluid) – «жидкость для автоматических коробок передач».

Типичная конструкция автоматической коробки передач.

Эта сложная система каналов и есть гидравлическая распределительная система, или «лабиринт» (АКП A4LD автомобиля Ford Explorer)

Как работает преобразователь крутящего момента?

В автоматических коробках передач гидротрансформатор заменен гидротрансформатором, иначе называемым гидротрансформатором, так как, в отличие от обычного гидротрансформатора, он может при определенных условиях повышать крутящий момент, передаваемый от двигателя к трансмиссии.

Гидротрансформатор конструктивно отличается от гидротрансформатора тем, что кроме ротора насос, приводимый в движение двигателем, и ротор турбины, соединенный с входным валом коробки передач, также имеет рулевой ротор, который с помощью так называемого муфта свободного хода, т. е. обгонная муфта, соединена с картером коробки передач. Ротор рулевого колеса может вращаться только в том же направлении, что и насос и турбина. Радиально расположенные лопатки насоса, турбины и статора не плоские, а соответственно изогнутые.

принцип действия

Преобразователь крутящего момента работает по тому же принципу, что и гидротрансформатор. Когда двигатель начинает работать и крыльчатка насоса вращается, возникающая центробежная сила заставляет масло в каналах лопастей течь к выпускному отверстию по наибольшему диаметру. Вытекающее из насоса масло направляется к лопаткам турбины, которым отдает часть своей энергии и, протекая по межлопастным каналам, покидает турбину. Однако лопатки турбины изогнуты так, что поток масла, выходящий из турбины, направлен против направления вращения насоса. Если он ударит по лопастям насоса, то начнет замедлять его. Поэтому необходимо изменить направление потока масла от турбины к насосу, для чего и служат лопатки статора. Когда турбина еще неподвижна, масло, вытекающее из ее каналов, будет с максимальной силой ударять по рабочей поверхности рулевых лопаток, меняя при этом свое направление. Поскольку рулевое колесо не может вращаться в том направлении, в котором на него действует поток масла, на его лопастях создается крутящий момент, который также действует на турбинное колесо. При неподвижной турбине выходной крутящий момент увеличивается в наибольшей степени. Это примерно в два раза больше крутящего момента двигателя. По мере увеличения скорости вращения ротора турбины изменение направления вытекающего из него потока масла будет уменьшаться. Количество масла, обтекающего рулевое колесо с нерабочей стороны рулевого колеса, увеличивается. В результате крутящий момент, создаваемый на рулевом колесе, и, таким образом, общий крутящий момент на турбинном колесе будет уменьшен.

Точка соединения

Когда турбина достигает примерно 85 процентов скорости вращения насоса рулевое колесо больше не создает опорный момент, так как струя масла обтекает рабочее колесо, не затрагивая лопатки. Это называется точка сцепления. С этого момента дальнейшее увеличение частоты вращения турбины заставляет масло, вытекающее из турбины, сильнее давить на рулевые лопатки с их нерабочей стороны, т. е. сзади, по ходу вращения двигателя. В результате рулевое колесо вращается вместе с рабочими колесами насоса и турбины. Гидротрансформатор от точки сцепления работает как обычный гидротрансформатор.

Нет проскальзывания

Как и в случае с гидротрансформатором, в гидротрансформаторе должна существовать небольшая пробуксовка, чтобы поддерживать циркуляцию масла. Этого можно избежать, используя блокировочную муфту, которая механически соединяет ротор насоса с ротором турбины, отключая при этом гидротрансформатор. Помимо того, что сцепление устраняет пробуксовку передач, оно еще и снижает расход топлива. Это также предотвращает чрезмерную температуру масла в коробке передач.

В современных автоматических коробках передач муфта блокировки обычно включается на двух последних передачах.