|
|
Содержани простой электропривод
TACIS
EUK9701/M/15/11
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА
СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
QF
СD
МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
М
ном
М
В синхронных машинах статор запитывается от трехфазной сети переменного тока, а к ротору подводится постоянный ток возбуждения.
Механическая характеристика синхронного двигателя является абсолютно жесткой и не зависит от нагрузки двигателя..
Запускается синхронный двигатель – асинхронным способом пуска.
Электромагнитный момент неявнополюсного двигателя где m – число фаз Е – ЭДС х
с
– реактивное синхронное сопротивление.
Синхронная машина обладает самыми высокими энергетическими показателями. Она характеризуется высокими КПД, коэффициентом мощности, надежностью в следствии большой величины воздушного зазора, пропорциональной зависимостью перегрузочной способности от напряжения питания.
Достоинством синхронного двигателя является возможность регулирования реактивной мощности в зависимости оттока возбуждения. При опережающем соs
двигатель является генератором реактивной энергии. Компенсирующий эффект синхронного двигателя условной мощности кВ
А приведен в таблице.
В среднем удельный расход активной мощности составляет 0,01-0,05 кВт/квар.
Используются двигатели в установках с постоянной нагрузкой и редкими пусками (турбомеханизмы).
Параметры двигателя
Значения показателей при со 0,95 0.9 0,85 0,8 0,7
Мощность:
полная, кВ
А
1000 1050 1053 1111 1111 1175 1176 1250 1250 1430 1429
реактивная,
квар.
0 328 329 485 484 620 620 750 750 1020 Дополнительное увеличение полной мощности на получение соответствующей реактивной, кВ
А
0 50 53 111 111 175 176 250 250 430 ЗАМЕТКИ. Двигатели постоянного тока (ДПТ)
TACIS
EUK9701/M/15/12
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ДВИГАТЕЛЕЙ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
а) Независимого
возбуждения
б) Смешанного
возбуждения
в) Последовательного
возбуждения
Различают двигатели постоянного тока в зависимости от схемы подсоединения обмотки якоря и обмотки возбуждения:
независимого (параллельного) возбуждения;
смешанного возбуждения;
последовательного возбуждения.
Общее дифференциальное уравнение ДПТ
д
д
M
2
2
Я
M
c
iR
c
U
dt
d
T
dt
d
T
T
ω
ω
ω
,
где
2
д
c
R
J
T
- электромеханическая постоянная времени двигателя.
Уравнение электромеханической характеристики
kΦ
iR
kΦ
U
ω
Двигатели независимого возбуждения имеют жесткую естественную механическую характеристику (1), двигатели последовательного) и смешанного возбуждения (3) - мягкую.
Скорость двигателя регулируется изменением:
напряжения якоря;
сопротивления цепи якоря;
магнитного потока.
В двигателях постоянного тока наиболее рациональным способом регулирования частоты вращения является изменение напряжения,
приложенного к якорю двигателя. На слайде приведены естественная и искусственные характеристики. Регулирование напряжением осуществляется в большом диапазоне скоростей с постоянным моментом и жесткостью (для ДТП
независимого возбуждения, вверх и вниз от естественной характеристики. Регулирование экономичное, однако требуется регулятор напряжения (выпрямитель).
З А МЕТКИ С увеличением сопротивления реостата вцепи якоря увеличивается наклон характеристики,
регулирование вниз от естественной характеристики. При большой величине реостата характеристики становятся мягкими и двигатель работает неустойчиво. Для получения устойчивой работы привода применяют шунтирование якоря
ДТП. Регулирование не экономично. Энергия скольжения (регулирования) выделяется в виде тепла на дополнительном реостате.
При уменьшении потока возбуждения увеличивается скорость идеального холостого хода и статический перепад скорости. Ток короткого замыкания
я
н
з
к
r
u
i
Регулирование с постоянной мощностью.
Достоинства
–
простота и экономичность.
Недостатки - регулирование только вверх в небольшом диапазоне (10-15%). При этом размагничивается магнитная система электродвигателя и падает перегрузочная способность.
Достоинство привода с двигателями постоянного тока – отличные регулировочные свойства (работа в четырех квадрантах, управление потрем параметрам. Недостаток – низкая надежность вследствии наличия механического коммутационного узла (коллектора)
Двигатели независимого возбуждения используются в шахтных подъемниках, крановых установках, специальных видах приводов,
двигатели последовательного возбуждения - в электрическом транспорте.
З А МЕТКИ. Тормозные режимы электродвигателей
Различают три тормозных режима:
генераторный режим рекуперации;
противовключение;
электродинамическое торможение.
В режиме рекуперации электрическая машина работает генератором, преобразует механическую энергию рабочего механизма в электрическую и отдает ее за вычетом потерь в сеть
,
2
R
I
UI
EI
где IE – мощность, подведенная со стороны вала – мощность, возвращаемая в сеть I
2
R – потери мощности.
Условием выполнения режима рекуперации является
,
0
U
E
Режим рекуперации неэффективен при малых скоростях.
В режиме противовключения двигатель под действием внешних сил вращается в сторону,
противоположную своему включению
,
2
R
I
UI
EI
где UI - мощность, потребляемая из сети.
Недостаток противовключения – большие потери мощности.
В генераторном режиме динамического торможения двигатель отключается от сети и вращается под действием внешних сил. В
асинхронном двигателе в две фазы статорной обмотки подается постоянный тока в двигателе постоянного тока якорная обмотка замыкается на реостат
2
R
I
EI
Электродинамическое торможение при малых скоростях не эффективно.
З А МЕТКИ. РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД. Многоуровневая структура электропривода
Отличительной особенностью современного регулируемого привода переменного тока является наличие следующих основных элементов (на рисунке):
простого и надёжного асинхронного или синхронного двигателя, минимизированного по массогабаритным, стоимостными показателям;
преобразователя частоты со звеном постоянного тока с инвертором на полностью управляемых приборах и неуправляемым выпрямителем;
датчиков электрических, механических и технологических параметров регулирования,
обеспечивающих требуемую точность стабилизации координат в замкнутой системе;
микропроцессорной системы управления с функциями непосредственного регулирования выходных координат, формирования законов широтно-импульсного управления (ШИМ),
диагностики, защиты и прогнозирования,
взаимодействия с другими локальными приводами.
Задача объединения в единую систему различных по природе функционально–законченных элементов электропривода возлагается на многоуровневые сопрягающие устройства. Это совокупность конструктивных, схемотехнических и программных средств.
Сопрягающее устройство первого уровня характеризуется механико–энергетическим взаимодействием двигателя и рабочего механизма и представляет собой механическую передачу энергии от электрической машины на исполнительный механизм. Его функции сводятся к согласованию движения двигателя и
исполнительного органа механизма при максимальном КПД передачи и устойчивой работе во всех режимах.
Устойчивая работа обеспечивается согласованием механических характеристик двигателя и
механизма. Быстродействие механической части привода характеризуется электромеханической постоянной времени Т
м
, имеющей порядок от десятых долей до нескольких секунд.
З А МЕТКИ Второй и третий уровни – электроэнергетические.
Для получения двигателем электроэнергии с требуемыми параметрами амплитуды и частоты напряжения в каждой фазе служит статический преобразователь. Поскольку двигатель
–
непрерывный нелинейный элемента дискретный элемент, то возникает необходимость в
согласовании их работы. Для получения максимального КПД необходимо питать двигатель квазисинусоидальными током и напряжением. На этих уровнях решается задача улучшения энергетических и динамических характеристик привода.
Быстродействие электроэнергетических уровней характеризуется электромагнитными постоянными времени Т
э
, имеющими порядок сотых и десятых долей секунды.
Четвёртый уровень – интерфейсы локального управления и регулирования параметров энергетического канала привода. От организации данного интерфейса зависят функциональные и сервисные возможности привода, точность и быстродействие. Интерфейс реализован в виде портов,
таймеров, цифроаналоговых преобразователей и усилителей формирования сигналов управления силовыми транзисторами или тиристорами.
Пятый уровень – устройства информационно- измерительной системы привода. Измеряемыми являются физические величины:
электрические (ток, напряжение, ЭДС и т.п.)
механические (момент, скорость, перемещение и т.п.)
технологические (давление, температура, напори т.п.)
Устройства пятого уровня осуществляют преобразование сигналов с первичных датчиков,
гальваническую развязку, усиление и аналого цифровое преобразование сигналов для представления их в формате микроконтроллерной системы управления.
Микроконтроллерная
САУ содержит энергетическую модель электромеханического устройства, которая учитывает четыре составляющих сеть, преобразовательное устройство, двигатель и технологический механизм в плоскостях потребления энергии, ее использование и энергоуправление.
Шестой уровень – интерфейс межприводного обмена, реализует координацию работы локальных электроприводов между собой и связь с центральной ЭВМ высшего уровня иерархии.
Под прямым цифровым управлением понимается не только непосредственное управление от микроконтроллера каждым ключом силового преобразователя, но и обеспечение возможности прямого ввода в микроконтроллер сигналов различных обратных связей с последующей программно – аппаратной обработкой внутри микроконтроллера. Таким образом, система прямого цифрового управления ориентирована на отказ от значительного числа дополнительных интерфейсных устройств и создание одноплатных контроллеров управления приводами.
В пределе встроенная система управления проектируется как однокристальная и вместе с силовым преобразователем и исполнительным двигателем конструктивно интегрируется водно целое – мехатронный модуль движения.
З А МЕТКИ. Системы электропривода
Системы регулирования скорости на переменном токе можно классифицировать по энергетическому принципу:
системы с регулированием количества подводимой к электродвигателю энергии;
системы с потерей энергии скольжения;
системы с рекуперацией энергии скольжения.
К первому классу относят системы с
регулированием подаваемого на статор напряжения и частоты (частотно-регулируемый электропривод,
фазовое управление, вентильный двигатель. Их недостаток - преобразование всей подводимой энергии. Кроме того, устройства плавного регулирования высокого напряжения в большом диапазоне являются сложными дорогостоящим типом электрооборудования.
К системам второго класса относятся реостатная система, привод с поворотным статором, с асинхронной муфтой скольжения, гидромуфтой и т.д. Многие из этих систем труднореализуемые при больших мощностях, все они низкоэкономичны.
К системам третьего класса - с рекуперацией энергии скольжения относятся различные каскадные схемы включения асинхронного двигателя, при которых в роторную цепь асинхронного электродвигателя подается регулируемое напряжение. Из них сейчас применяется асинхронно-вентильный каскад (АВК). Основным недостатком этой системы есть существенное снижение коэффициента мощности при увеличении глубины регулирования. Также при работе двигателя по схеме АВК максимальная скорость асинхронного электродвигателя меньше номинальной, что уменьшает область экономичной работы вентилятора.
Известны машины двойного питания(МДП).
Основное преимущество активных каскадов в возможности регулирования скорости вверх и вниз от синхронного значения, что позволяет снизить мощность преобразовательных устройств.
Недостаток - неполный диапазон регулирования.
При выборе типа электропривода предпочтение следует отдавать системам электропривода переменного тока последующим причинам:
электроэнергия вырабатывается и передаётся потребителям в основном на переменном токе;
электродвигатели постоянного тока по габаритам, весу и стоимости в 1,5...2,5 раза превышают двигатели переменного тока той же мощности и частоты вращения;
надёжность ДПТ ввиду наличия коллекторно- щеточного узла и почти полного отсутствия закрытого исполнения значительно ниже, чему двигателей переменного тока;
момент инерции ДПТ в 1.5....1,7 раза выше, чему АД с короткозамкнутым ротором, что обусловливает более высокое быстродействие систем привода переменного тока;
энергетические показатели и регулировочные свойства систем переменного тока с
преобразователями не хуже, чему приводов постоянного тока. Например, перегрузочная способность у приводов с синхронными двигателями выше, чему двигателей постоянного тока;
стоимость статических преобразователей для
ДПТ примерно равна стоимости преобразователей для приводов переменного тока, а система генератор-двигатель постоянного тока повесу и стоимости в раза превосходит веси стоимость преобразователей той же мощности, причем
КПД системы Г–Д на 10...20% ниже.
Типы основных регулируемых электроприводов с краткой их характеристикой представлены в таблице.
З А МЕТКИ Тип электропривода
ВП
(ТП-Д)
Частотно-
регулируемый
электропривод
(ПЧ-АД)
ВД
АВК
МДП
фазовое
управление
(ТРН-АД)
Привод с электро-
магнитными
муфтами
1.
Тип
двигателя
ДПТ
АД с
короткозамкнутым
ротором
СД
АД с фазным
ротором
АД с короткозамкнутым ротором
2.
Щётки,
коллектор
или
контактные
кольца
+
(+)
+
3.
Управление
со стороны
якоря
статора
статора
статора
статора
4.
Регулируемы
й параметр
напряжение частота и напряжение
напряжение
напряжение
напряжение Напряжение возб.
Эл.маг. муфты
5.
Структура
преобразовате
ля
УВ
УВ–
ИН
УВ–
ИТ
ШИМ УВИТ НПЧ
В–И
НПЧ
6.
Режимы
работы:
двигательный
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
тормозной
+
+
+
+
+
+
четыре квадранта
+
+
+
+
+
частые пуски
+
+
+
+
+
+
частые реверсы
+
+
+
+
7.
Возможный
диапазон
рабочих
частот
С
увеличением
частоты
уменьшается
предельная
мощность
Верхний предел
ограничен
механической
прочностью машины
Верхний предел
ограничен
механической
прочностью
машины.
Устойчивая
работа при
низких
скоростях.
0–50 Гц Гц Гц Гц
Из таблицы видно, что вентильный двигатель и частотно-регулируемый асинхронный привод являются наиболее универсальными типами регулируемого привода с наилучшими техническими данными. Так, по режимам работы они не уступают приводу постоянного тока,
выгодно отличаясь от него практически неограниченным диапазоном мощностей и частот вращения, большей надёжностью и простотой.
З А МЕТКИ Применение регулируемого частотного электропривода позволяет сберегать энергию путем устранения непроизводительных затрат энергии в дроссельных заслонках, механических муфтах и других регулирующих устройствах. При этом экономия прямо пропорциональна непроизводительным затратам.
Кроме того, частотный привод имеет функцию энергосбережения. Эта функция позволяет при выполнении той же работы экономить еще до электроэнергии путем поддержания электродвигателя в режиме оптимального КПД. В
режиме энергосбережения преобразователь автоматически отслеживает потребление тока,
рассчитывает нагрузку и снижает выходное напряжение. Таким образом, снижаются потери в обмотках двигателя и увеличивается его КПД.
Режим энергосбережения хорошо подходит для следующих задач:
управление скоростью вращения вентиляторов и насосов;
управление оборудованием с переменной нагрузкой;
управление машинами, которые большую часть времени работают с малой нагрузкой.
Одним из главных объектов работы по энергосбережению являются системы водо и теплоснабжения. Основные направления экономии:
сокращение расхода электроэнергии на работу оборудования;
сокращение непроизводственных потерь теплоты и воды.
Технический и экономический эффект при использовании частотно-регулируемого электропривода достигается за счет:
введения обратной связи по регулируемому параметру (давлению, температуре, частоте вращения, усилию. При этом привод позволяет автоматически регулировать мощность,
потребляемую электродвигателем в
зависимости от заданной пользователем программы;
использования режимов "мягкого" пуска и остановки двигателя;
снижения расходов на установку дополнительной регулирующей арматуры;
сокращения эксплуатационных затрат.
Преимущества
ЧРП становятся особенно заметными в применениях, когда объём, скорость,
давление и т.д. регулируются, а оборудование оснащено двигателями с постоянной скоростью.
Освоение в производстве современных эффективных регулируемых электроприводов,
кроме основного результата – повышения качества обслуживаемых ими технологических процессов при одновременном резком (до 50%) снижении энергетических затрат, позволит существенно снизить трудозатраты при производстве и эксплуатации, избавиться от импорта дорогостоящих изделий, приведет к заметному увеличению числа рабочих мест в сфере производства элементов электроники и позволит расширить экспорт высоких технологий.
|
|
|
Скачать 1.04 Mb.