Дипломная (1217430), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Применение асинхронных двигателей для привода насосных установок на канализационных насосных станциях имеет веское обоснование.

Все двигатели делятся на две большие группы:

- двигатели постоянного тока;

- двигатели переменного тока.

Выбор того или иного вида двигателя обусловлен:

- спецификой поставленной задачи;

- условиями эксплуатации;

- экономической целесообразностью использования определенного вида двигателя.

На канализационных станциях использование двигателей постоянного тока не является целесообразным, поскольку канализационная насосная станция питается от сети переменного тока промышленной частоты 50 Гц, напряжением 6 кВ. Значительные материальные затраты на установку, предпусковую настройку и эксплуатацию технических устройств, предназначенных для преобразования переменного тока в постоянный, делает абсолютно не выгодным использование двигателей постоянного тока.

Двигатели переменного тока позволяют избежать таких затрат. На канализационных насосных станциях возможно применение синхронных двигателей.

Но хотя синхронные машины обладают лучшими характеристиками, они слишком сложны в производстве и эксплуатации и требуют установки дополнительных технических устройств.

Поэтому в качестве привода устройств малой и средней мощности чаще всего используются асинхронные двигатели.

Асинхронные двигатели делятся на две группы:

- асинхронные двигатели с фазным ротором;

- асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором;

На сегодняшний день асинхронные двигатели с фазным ротором не имеют широкого применения в промышленности, за исключением подъемно-транспортного оборудования. Они являются коллекторными машинами, что приводит к материальным и трудовым затратам во время ремонта и эксплуатации двигателей из-за быстрого износа щеток и коллекторных пластин.

Такие двигатели были наиболее распространены в то время, когда не было рациональных способов изменения частоты вращения двигателей переменного тока.

3.2 Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Регулирование частоты вращения двигателей определяется в соответствии с требованиями технологических процессов и тех производственных механизмов, в которых они используются. Оно характеризуется следующими основными показателями.

- Диапазон регулирования Д (предел изменения частоты вращения). Под этой величиной понимается отношение максимальной частоты вращения двигателя к его минимальной частоте вращения.

- Плавность регулирования, которая характеризуется минимальным скачком частоты вращения двигателя при переходе с одной механической характеристики на другую.

- Направление возможного изменения частоты вращения двигателя (зона регулирования).

Как известно из курса электрических машин, скорость вращения ротора асинхронного двигателя определяется выражением:

n=n₁(1-S), (3.1)

где n₁ – скорость вращения первичного магнитного поля,

S – величина скольжения.

Скорость вращения магнитного поля можно определить по формуле:

(3.2)

где f₁ – частота первичного напряжения,

p – число пар полюсов двигателя.

Исходя из (3.1) принципиально возможны два способа регулирования скорости: регулирование скорости вращения поля статора и регулирование скольжения при постоянной величине n₁.

Скорость вращения поля статора определяется двумя параметрами: частотой напряжения, подводимого к обмоткам статора f₁, и числом пар полюсов двигателя р. В соответствии с этим возможны два способа регулирования скорости: изменение частоты питающего напряжения посредством преобразователей частоты, включаемых в цепь статора двигателя (частотное регулирование), и путем изменения числа пар полюсов двигателя.

Регулирование скольжения двигателя при постоянной скорости вращения поля статора для короткозамкнутых асинхронных двигателей возможно путем изменения величины напряжения статора при постоянной частоте этого напряжения.

Рассмотрим данные способы подробно.

3.3 Регулирование скорости вращения двигателя изменением напряжения на статоре при постоянной частоте этого напряжения

Вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения, подводимого к двигателю:

(3.3)

По этой причине изменение напряжения на зажимах статора изменяет форму механической характеристики насоса и двигателя (рисунок 3.1). При изменении напряжения значение критического скольжения не изменяется, поэтому максимальный момент при любых изменениях напряжения соответствует одному и тому же значению скольжения, равному примерно 0,1 – 0,2. Этим определяется сравнительно узкий диапазон регулирования по частоте вращения, который обеспечивает этот способ регулирования. Для увеличения диапазона регулирования увеличивают сопротивление роторной цепи. При этом увеличивается критическое скольжение и соответственно наклон рабочей ветви механической характеристики двигателя.

Однако и в этом случае диапазон регулирования не превышает 20-25% номинального значения частоты вращения.

Рисунок 3.1 – Механические характеристики асинхронных двигателей при различных величинах первичного напряжения

Также при изменении величины первичного напряжения во вторичной, роторной цепи, возникают потери, равные мощности скольжения и вызывающие повышенный нагрев ротора. То есть для расширения диапазона регулирования необходимо завышать установленную мощность.

Уменьшение величины первичного напряжения ведет к уменьшению КПД, что делает рассматриваемый метод применимым только для двигателей малой мощности.

3.4 Регулирование частоты вращения изменением числа пар полюсов двигателя

Регулирование частоты вращения изменением числа пар полюсов двигателя обеспечивается благодаря изменению частоты вращения магнитного поля статора.

При неизменной частоте в питающей сети частота вращения магнитного поля и определяемая ею частота вращения ротора изменяются обратно пропорционально числу полюсов. Так как число полюсов, фиксированное ступенями, может быть равно 2, 4, 6, 8, 10 и т. д., что при частоте в питающей сети, равной 60 Гц, соответствует синхронной частоте вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин и т.д., то указанным способом может быть обеспечено только ступенчатое регулирование.

Этот способ регулирования используется в случае применения многоскоростных двигателей. Многоскоростные двигатели обычно изготавливаются на две, три или четыре скорости вращения.

4 ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЕ ПРИВОДЫ

4.1 Структура и принцип работы преобразователя частоты

Преобразователь частоты - это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты в переменный ток (напряжение) другой частоты. Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и быть как выше, так и ниже частоты питающей сети. Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей.

Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).

Преобразователи частоты, применяемые в регулируемом электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой части разделяются на два класса:

1. Преобразователи частоты с явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.

2. Преобразователи частоты с непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного тока).

Каждый из существующих классов преобразователей имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального применения каждого из них.

Исторически первыми появились преобразователи с непосредственной связью (рисунок 4.1), в которых силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах.

Система управления поочередно отпирает группы тиристоров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети.

Рисунок 4.1- Схема преобразователя частоты с непосредственной

связью.

Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. На рисунке 4.2 показана диаграмма выходного напряжения при активной нагрузке без паузы между коммутацией групп I и II. На входе преобразователя действует трехфазное синусоидальное напряжение u_а, u_в, u_с. Выходное напряжение u_вых имеет несинусоидальную «пилообразную» форму, которую условно можно аппроксимировать синусоидой (утолщенная линия). Из рисунка видно, что частота выходного напряжения не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Как следствие малый диапазон управления частоты вращения двигателя (не более 1 : 10). Это ограничение не позволяет применять такие преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров.

Рисунок 4.2 - Диаграммы выходного напряжения и тока преобразователя частоты

Использование не запираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя.

«Резаная» синусоида на выходе преобразователя является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению к.п.д. системы в целом.

Наряду с перечисленными недостатками преобразователей с непосредственной связью, они имеют определенные достоинства. К ним относятся:

- практически самый высокий КПД относительно других преобразователей (98,5% и выше),

- способность работать с большими напряжениями и токами, что делает возможным их использование в мощных высоковольтных приводах,

- относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования.

Подобные схемы преобразователей используются в старых приводах и новые конструкции их практически не разрабатываются.

Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока.

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.

Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.

Преобразователь частоты состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя, автономного инвертора, системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв (рисунок 3.3).

Регулирование выходной частоты fвых. и напряжения Uвых осуществляется в инверторе за счет высокочастотного широтно-импульсного управления.

Характеристики

Список файлов ВКР