Закладной АН, Закладной О.А. Содержание1. ПРОСТОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД .............................................................................................. 41.1. Общие положения .................................................................................................................. 4 1.2. Уравнение движения. Статические режимы ....................................................................... 6 1.3. Асинхронные двигатели (АД. 8 1.4. Синхронные двигатели (СД) ............................................................................................... 11 1.5. Двигатели постоянного тока (ДПТ) ................................................................................... 12 1.6. Тормозные режимы электродвигателей. 14 2. РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД .............................................................................. 152.1. Многоуровневая структура электропривода ..................................................................... 15 2.2. Системы электропривода .................................................................................................... 17 2.3. Частотно-регулируемый электропривод(ЧРП).................................................................. 20 2.4. Асинхронный электропривод с фазовым управлением (ТРН-АД) ................................. 23 2.5. Вентильный двигатель (ВД)................................................................................................ 25 2.6. Вентильно-индукторный двигатель (ВИД) ....................................................................... 27 2.7. Силовые полупроводниковые элементы регулируемого электропривода ..................... 29 2.8. Преобразователи на управляемых электронных приборах. 31 3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ............................................ 333.1. Энергетический канал электропривода ............................................................................. 33 3.2. Потери мощности в электродвигателе ............................................................................... 35 3.3. КПД электродвигателя. 36 3.4. Коэффициент мощности электропривода ......................................................................... 37 3.5. Энергетические особенности преобразователей электроэнергии. 38 3.6. Расчет мощности электродвигателя ................................................................................... 40 4. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ СРЕДСТВАМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. 424.1. Пути энергосбережения. 42 4.2. Энергосберегающие электродвигатели. 44 4.3. Устранение промежуточных передач. 46 4.4. Повышение загрузки рабочих машин и исключение холостого хода ............................ 48 4.5. Снижение напряжения на зажимах двигателя .................................................................. 50 4.6. Использование синхронной машины как компенсатора реактивной мощности. 52 4.7. Потери энергии в переходных процессах .......................................................................... 54 5. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХУСТАНОВОК И МЕХАНИЗМОВ .............................................................................................. 565.1. Вентиляторные установки. 56 5.2. Насосные установки. 59 5.3. Компресорные установки .................................................................................................... 63 5.4. Грузоподъемные установки. 64 5.5. Конвейерные установки. 66 5.6. Энергосберегающие аспекты применения частотно-регулируемого электропривода . 68 3 1. ПРОСТОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД. Общие положенияСовременный этап развития Украины характеризуется острым энергодефицитом, так как потребность в использовании топливно- энергетических ресурсов за счёт собственной их добычи удовлетворяется меньше, чем на 50%. В тоже время энергоемкость валового внутреннего продукта в два раза выше, чем тот же показатель для стран западной Европы, ион продолжает возрастать. Производство же сократилось на многих предприятиях добывшего потенциала. Наиболее энергоемкими потребителями являются вентиляторные, насосные, подъёмные, компрессорные установки, конвейерные линии и др. При существующем уровне цен в Украине стоимость используемой электроэнергии составляет около 3800 миллионов долларов США в год. Дополнительно 1900 миллионов долларов США в год тратится на торговых (коммерческих) объектах (тепло-, водоснабжение, охлаждение, кондиционирование воздуха и вентиляция). Сохранение электрической энергии является важной частью общей тенденции по защите окружающей среды. Добыть тонну топлива и выработать соответствующее количество энергии примерно вдвое дороже, чем сэкономить. Электродвигатели, приводящие в действие системы в быту и на производстве, потребляют более производимой энергии, именно здесь заложены самые крупные резервы энергосбережения. Электропривод – это электромеханическое устройство, осуществляющее управляемое преобразование электрической энергии в механическую, а также обратное преобразование, и предназначенное для приведения в движение рабочих машин и механизмов. Электропривод является тем звеном, которое связывает энергосистему с технологическими установками. Достоинства электропривода по сравнению с другими типами приводов: простой метод передачи электроэнергии; высокий КПД работа без отходов; привод регулируемый и обратимый. Большинство электродвигателей работают в нерегулируемом режиме и, следовательно, с низкой эффективностью. Из-за недостатков проектирования и эксплуатации электропривода коэффициент загрузки многих машин не превышает %, что диктует необходимость снижения установленной мощности двигателей. З А МЕТКИ Работа привода в недогруженном режиме приводит к огромным потерям, не считая пониженного значения коэффициента мощности, поскольку общая установленная мощность асинхронных двигателей в стране составляет около 40… млн. кВт. Суммарная же установленная мощность двигателей в СНГ примерно равна 550 млн. кВт.
Возрастающая сложность получения энергии, рост энергоёмких технологий, необходимость безаварийной работы машин и механизмов требует применения регулируемого электропривода.
Переход к регулируемому электроприводу переменного тока отдельных механизмов позволит сэкономить до 50 % энергоресурсов.
Недавний прогресс в полупроводниковой индустрии, особенно в силовой электронике и микроконтроллерах, сделали приводы с
регулированием частоты вращения более практичными и значительно менее дорогими.
Сегодня регулируемые приводы требуются не только в высокопрофессиональных и мощных промышленных применениях, но все больше в бытовой технике, например, в стиральных машинах,
компрессорах, небольших насосах,
кондиционерах воздуха и т.п.
Поэтому в настоящее время важное значение имеет внедрение методов и способов управления энергоэффективностью
(энергосбережением)
средствами промышленного электропривода, т. к. с одной стороны стала острой проблема экономии электроэнергии и, с другой – появилась реальная возможность её эффективного решения применительно к главному её потребителю электроприводу.
По имеющимся оценкам, при наличии экономически оправданных инвестиций в
промышленном и торговом секторах экономики
Украина может сэкономить свыше 570 миллионов долларов США в год, те. около 10% от общих расходов в этих секторах.
З А МЕТКИ. Уравнение движения. Статические режимы
TACIS
EUK9701/M/15/6
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
• Асинхронные Синхронные Постоянного тока
Вся поступающая к двигателю электрическая энергия
W
преобразовывается в нем в механическую и расходуется на энергию Wc которая идёт на преодоление сил сопротивления движению, и энергию Wj – которая идёт на изменение запаса кинетической энергии движущихся частей системы Дж.
Энергия за единицу времени Вт, где Р мощность, развиваемая двигателем. При вращении двигатель развивает электромагнитный момент М необходимый для преодоления статистического момента Mс , создаваемого рабочей машиной М-Мс= Мj Нм, где М Режимы работы электропривода:
М>Mc , Mj>0 - пуск (разгон) двигателя;
М=Мс, М - статический (установившейся)
режим;
М
С
, Mj<0 – торможение в двигательном режиме;
М=0, Mj<0 – торможение свободным выбегом;
М<0,
Mj<0
–
электрический режим торможения.
Все электрические машины являются обратимыми,
т.е. могут работать в двигательном, ив генераторном режимах. В первом случае электрическая машина является потребителем электроэнергии и создает вращающий момент,
совпадающий по направлению со скоростью
(Р=М
>0).
Xхарактеристики машины в
двигательном режиме изображается в первом и третьем квадрантах. Во втором случае машина является источником электрической энергии, ее момент направлен встречно к направлению вращения
(Р=Мω>0). Механические характеристики машины в тормозном режиме изображается во втором и четвёртом квадрантах.
Статический момент навалу двигателя создаётся силами полезных и вредных сопротивлений при работе машины. Полезными силами сопротивления являются силы, для преодоления которых предназначена машина.
Статические моменты, как правило, препятствуют движению, но при определённых условиях могут способствовать движению. Все статические моменты делятся на две группы:
реактивные;
активные.
З А МЕТКИ
6
TACIS
EUK9701/M/15/5
МЕХАНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОЧЕЙ
МАШИНЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
M
Независимые нагрузки
Зависимые нагрузки
M
Абсолютно жесткая
Жесткая (изменение 3-5%)
Мягкая
Реактивные (пассивные) моменты создаются силами трения, резания, сжатия неупругих тел. Они всегда противодействуют движению. Их характерной особенностью является то, что они меняют знак при изменении направления движения.
Ко второй группе относятся статические моменты,
действие которых связано с изменением потенциальной энергии отдельных элементов системы (подъем груза, сжатие упругих тел и т.д.).
Поэтому их также называют потенциальными или активными моментами. Они сохраняют направление своего действия при изменении направления вращения.
Механической характеристикой электродвигателя называется зависисимость его угловой скорости отвращающего момента (Механической характеристикой механизма называется зависимость скорости двигателя от приведенного статического момента (Механическая характеристика двигателя при питании его от сети с номинальными значениями параметров и отсутствии добавочных сопротивлений в цепях обмоток двигателя называется естественной. На ней находятся точки,
соответствующие паспортным данным двигателя.
При изменении одного или нескольких параметров характеристики называются искусственными.
Основные показатели электропривода:
жёсткость механических характеристик;
перегрузочная способность отношение максимального момента к номинальному;
диапазон регулирования- отношение максимальной угловой скорости двигателя к минимальной при номинальном моменте;
плавность регулирования- отношение скоростей двух соседних ступеней регулирования;
регулирование с постоянным моментом или мощностью;
устойчивость работы- способность восстанавливать установившийся режим работы при различных возмущениях;
экономичность регулирования - оценка затрат при регулировании.
TACIS_EUK9701/M/15/7_ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ_СХЕМА_АСИНХРОННОГО_ДВИГАТЕЛЯ'>З А МЕТКИ. Асинхронные двигатели (АД)
TACIS
EUK9701/M/15/7
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА
АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
С короткозамкнутым ротором
QF
АД
С фазным ротором
QF
АД
R
Различают асинхронные двигатели с
короткозамкнутым и фазным ротором.
Синхронная скорость и скольжение АД
p
f
2π
ω
o
,
ω
ω
ω
o
S
,
где
f
– частота сети р – число пар полюсов.
Зависимость момента от скольжения (формула
Клосса)
S
S
S
S
M
M
k
k
k
2
,
где
k
k
L
P
f
U
M
2 н- критические момент и скольжение двигателя- перепад скорости, соответствующий критическому моменту U – напряжение сети, р, r
2
- перегрузочная способность, число пар полюсов, индуктивность короткого замыкания и приведенное сопротивление ротора двигателя.
TACIS
EUK9701/M/15/8
ХАРАКТЕРИСТИКИ
АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
М
0
ном
М
ном
М
п
М
max
М
М
ном
R Естественная механическая
Искусственные
Достоинство асинхронных двигателей – простота конструкции. К недостаткам следует отнести:
низкие энергетические показатели (КПД и коэффициент мощности, большой ток холостого хода (около 50% от номинального, квадратичная зависимость критического момента от напряжения,
самая низкая перегрузочная способность среди электрических машина также малая величина воздушного зазора.
Скорость АД регулируется изменением следующих параметров:
сети (напряжение, частота);
двигателя число пар полюсов,
индуктивность, сопротивление ротора).
Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя имеет вид кривой, как показано на слайде. Рабочая часть характеристики является жесткой. В асинхронных двигателях с фазным ротором в зависимости от сопротивления вцепи ротора имеется семейство искусственных характеристик, при этом, чем больше сопротивление цепи ротора, тем мягче характеристика (при закороченном роторе R = естественная характеристика).
З А МЕТКИ Реостатное регулирование благодаря своей простоте широко применялось в подъёмно- транспортных устройствах.
Недостатки:
ступенчатое изменение скорости, невысокое быстродействие, большие потери энергии.
Взаимодействие намагничивающих сил статора и ротора возможно только при одинаковом числе пар полюсов их обмоток. Поэтому регулирование числом пар полюсов применимо только для АД с короткозамкнутым ротором, обмотка ротора которого автоматически образует такое же число пар полюсов, что и обмотка статора.
Двухскоростные двигатели изготавливают как с двумя независимыми статорными обмотками, таки однообмоточными с секционированием обмоток.
В первом случае (риса) двигатель имеет повышенные габариты, низкие КПД и коэффициент мощности, много неиспользованной меди.
Наиболее просто переключаются числа пар полюсов в отношении 1:2. Для этого обмотка каждой фазы выполняется из двух секций. При изменении направления тока водной из них меняется число пар полюсов. Обычно переключают обмотки статора со звезды на двойную звезду, или с треугольника на двойную звезду. Переход на двойную звезду сопровождается уменьшением в два раза числа пар полюсов, те. увеличением в раза скорости. При этом перегрузочная способность остается постоянной.
Регулирование скорости АД включением в цепь статора дополнительной индуктивности осуществляется за счет перераспределения напряжения между ними. Ввиду малого диапазона регулирования и снижения перегрузочной способности на практике почти на применяется.
Регулирование скорости изменением напряжения ухудшает электромеханические свойства АД. Приуменьшении напряжения резко падает перегрузочная способность двигателя (при н критический момент уменьшается на 19%), при увеличении – возрастает токи увеличивается нагрев обмотки статора (рис. в. Поэтому регулирование возможно в небольшом диапазоне.
Скорость АД пропорциональна частоте питающей сети. При увеличении частоты скорость увеличивается, критический момент уменьшается, а соответствующий ему перепад скорости остается постоянным (рис. г. С уменьшением частоты перегрузочная способность возрастает, однако увеличивается ток, те. нагрев двигателя.
Если изменяеть напряжение и частоту двигателя по частотному закону
const
f
U
,
то магнитный потоки критический момент двигателя остаются неизменными. Регулирование возможно в широком диапазоне при постоянной жесткости характеристик.
Асинхронные двигатели используются практически во всех видах установок, при этом в большинстве случаев распространение получили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
З А МЕТКИ УДЕЛЬНАЯ СТОИМОСТЬ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ЕГО МОЩНОСТИ
Удельная стоимость (стоимость на киловатт номинальной
мощности электродвигателя) быстро растет при снижении
мощности электродвигателя ниже 20 кВт.
Удельная
стоимость
$/кВт
Номинальная мощность
двигателя (кВт)
80
72
64
56
48
40
32
С увеличением мощности двигателя увеличивается его номинальные значение КПД и коэффициента мощности, фактические значения которых в зависимости от коэффициента загрузки двигателя приближенно оцениваются данными таблицы.
Двигатели малой мощности отличаются непропорциональной большой удельной стоимостью (стоимость 1 кВт) по сравнению с крупными электрическими двигателями.
Приведенный график показывает, что удельная стоимость перестает существенно изменяться при мощностях двигателя выше 60 кВт.
пропорции
полной
нагрузки k
з
КПД
коэффициент
мощности
0,1 0,48 0,34 0,2 0,68 0,56 0,3 0,79 0,70 0,4 0,86 0,79 0,5 0,93 0,87 0,6 0.97 0,93 0,7 1,0 0,97 0,8 1,01 1,0 0,9 1,01 1,0 1
1,0 Двигатели мощностью ниже 200 кВт обычно имеют напряжение 380 В, более 300 кВт - 6 (10) кВ, и двигатели мощностью 200 - 300 кВт имеют напряжение либо 380 В либо 6 (10) кВ.
Капитальные затраты учитываются в первую очередь при принятии решения о приобретении двигателя, нос учетом срока службы электродвигателя, эксплуатационные затраты
(стоимость потребленной электроэнергии и обслуживания) на порядок и более превосходят капитальные.
З А МЕТКИ. Синхронные двигатели (СД)
|
Скачать 1.04 Mb.