Асинхронный электропривод вентилятора

Электропривод имеет ряд существенных преимуществ, которые заключаются в следующем:

• возможность применения вентилятора простейшей конструкции без направляющего аппарата и устройство поворота лопаток колеса;

• расширенная область экономической работы.

Бесступенчатое регулирование скорости электропривода вентилятора достигается следующими схемными решениями систем электропривода:

• асинхронно-машинно-вентильный каскад;
• асинхронно-вентильный каскад;
• асинхронный двигатель со статическим преобразователем частоты;
• асинхронный двигатель в режиме двойного питания;
• двигатели постоянного тока (Г-Д; УВ-Д).

Наиболее частое применение получили системы с асинхронно-вентильным каскадом [2]. АВК отличается от остальных каскадов отсутствием дополнительных машин постоянного и переменного тока. Последние заменены статическим преобразователем энергии, состоящим из трансформатора и инвертора. Трансформатор служит для согласования напряжения ротора с напряжением питающей сети. Инвертор предназначен для преобразования выпрямленного напряжения ротора в переменное с частотой сети.

В отличие от других систем регулирования двигателя, при каскадном регулировании двигатель непосредственно подключается к питающей сети [2, стр. 4]. Непосредственное питание составляет одно из важных достоинств каскадных схем. Кроме того вентильные каскады характеризуются сравнительно большим КПД. Это обусловлено тем, что в каскадных системах преобразованию подлежит только часть энергии, потребляемой приводом (энергия скольжения), в то время как при других системах управления преобразованию подлежит все количество энергии, подводимое к приводному двигателю. Вторым достоинством каскадных схем является хорошая управляемость, определяющаяся бесступенчатым регулированием, высокой жесткостью механических характеристик, малой инерционностью и малой мощностью управления [2, стр. 4].

 

 

2. Расчет и выбор силового оборудования системы регулируемого электропривода

1. Расчет мощности двигателя и предварительный его выбор

Исходные данные к работе приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные вентилятора

Производительность, м3/с	108
Напор (давление), Па	2254
КПД	0,65
Механическая  характеристика вентилятора, относительные  единицы
Диапазон  регулирования	1:3

 

Для вентиляторов необходимая  мощность определяется по формуле [3, стр. 126]:

, кВт,           (2.1)

где, - коэффициент запаса равный 1,1÷1.3. Принимаем ;

- КПД передачи ;

- полная номинальная производительность;

- напор (давление) вентилятора;

- КПД вентилятора.

Выбираем двигатель типа АК4-400У-6У3 с номинальной мощностью , паспортные данные которого приведены в таблице 2. Габаритные размеры двигателя представлены в таблице 3 и на рисунке 1.

Таблица 2 – Паспортные данные электродвигателя типа АК4-400У-6У3

Номинальная мощность Рном, кВт	500
Номинальное напряжение статора, В	6000
Номинальный ток статора, А	59
Номинальная частота вращения, об/мин	980

Продолжение таблицы 2

КПД, %	93,9
сosφ, о.е.	0,87
Число пар полюсов	3
Номинальное напряжение ротора, В	680
Номинальный ток ротора, А	459
Перегрузочная способность двигателя	1,9
Масса, кг	2500
Момент инерции, кгм2	100

 

Рисунок 1 – Габаритные размеры двигателя

Таблица 3 – Габаритные размеры  двигателя

Тип двигателя	L10	L11	L30	L34
АК4-400У-6У3	1000	1240	2055	840

 

По исходным данным выбираем вентилятор ВОД 18, технические данные которого представлены в таблице 4.

Вентилятор ВОД 18 предназначен для главного проветривания угольных и горно-рудных шахт, а также для вентиляционных систем предприятий других отраслей промышленности, рассчитанных на перемещение воздуха и неагрессивных газов. Реверсирование воздушной струи производится изменением направления вращения приводного двигателя с одновременным изменением угла установки лопаток направляющего и спрямляющего аппаратов. При реверсе обеспечивается подача 60-70 % воздуха от подачи при прямой работе без применения обводных каналов. Вентиляторы могут применяться как для всасывающей, так и нагнетательной вентиляции. Внешний вид вентилятора показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – Вентилятор ВОД 18

Вентилятор ВОД-18 состоит  из корпуса с направляющим и спрямляющим  аппаратами, ротора, трансмиссионного вала, кока, коллектора, тормоза, диффузора, противосрывного устройства и приводного электродвигателя. Корпус имеет горизонтальный разъем, и на его опорах крепятся подшипники ротора. Направляющий и спрямляющий аппараты имеют по 11 поворотных лопаток. Одновременный поворот лопаток осуществляется электроприводом через цепную передачу.

Лопатки рабочих колес  закреплены на стальных втулках колес  пружинными кольцами, что позволяет  поворачивать их при остановленном  вентиляторе через люки на любой  угол от 15 до 45° для регулирования  подачи и давления.

Ротор вращается на двух двухрядных сферических и одном радиально-упорном подшипнике качения. Смазка подшипников густая и пополняется через выносные пресс-масленки. Трансмиссионный вал выполнен подвесным и соединяет приводной двигатель с ротором зубчатыми муфтами.

Вентилятор оборудован колодочным тормозом с электроприводом.

Вентилятор снабжен устройством  для снятия показаний подачи и давления, состоящим из приемника давления и комплекта контрольно-измерительной аппаратуры.

Таблица 4 – Технические  характеристики

Номинальный диаметр рабочего колеса, мм	1800
Подача в пределах рабочей зоны, м3/с	20-110
Статическое давление в рабочей  зоне, Па	1000-4500
КПД статический максимальный	0,81
Мощность двигателя, кВт, не более	630
Частота вращения, об./мин	980
Напряжение, В	6000

 

2. Выбор преобразовательного устройства для системы регулируемого электропривода

Преобразователь выпрямительно-инверторный  КВИП (Асинхронно-вентильный каскад) 

Комплектный выпрямительно-инверторный  преобразователь КВИП предназначен для работы в составе электропривода переменного тока, выполненного по схеме асинхронно-вентильного каскада (АВК). Внешний вид преобразовательного устройства представлен на рисунке 3. Преобразователь используется для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя с фазным ротором (АД) с отдачей энергии скольжения ротора в сеть.

Рисунок 3 –КВИП шкаф силовой, шкаф управления

Преобразователь обеспечивает выпрямление напряжения ротора электродвигателя выпрямителем, и последующее преобразование в переменное напряжение частотой 50 Гц тиристорным инвертором. С выхода инвертора преобразованная мощность скольжения электродвигателя возвращается через разделительный высоковольтный трансформатор в сеть 6 (10) кВ. Благодаря этому схема электропривода имеет высокий коэффициент полезного действия. Регулирование величины скольжения ротора электродвигателя осуществляется путем введения регулируемой противо-ЭДС в цепь ротора.

Таблица 5 – Технические  характеристики преобразователя выпрямительно-инверторного КВИП

Напряжение питающей сети статора, кВ	6
Номинальный ток статора АД, А	50
Частоты питающей сети, Гц	50
Линейное напряжение ротора АД, В	750
Номинальный выпрямленный ток ротора, А	500
Эквивалентная схема: - выпрямителя - инвертора	6-пульсная  мостовая 6-пульсная  мостовая
Допустимый диапазон регулирования скорости	1:10

Продолжение таблицы 5

КПД, %	95
Степень защиты по ГОСТ 14254	IP21
Климатическое исполнение по ГОСТ 15543.1.	4, 3

3. Расчет и выбор основных силовых элементов системы регулируемого электропривода

Аппаратура вентильного  каскада: выпрямитель, инвертор и трансформатор  инвертора – по своей мощности зависят от требуемой глубины  регулирования скорости вращения, т.е. от требуемого максимального скольжения.

Максимальное скольжение определяется из значения диапазона  регулирования двигателя [4, стр. 175]:

,                              (2.2)

где - диапазон регулирования скорости вращения.

Номинальный выпрямленный ток  ротора определяется по выражению [5, стр. 157]:

, А,                             (2.3)

где =459 А- номинальный ток ротора двигателя.

1. Выбор трансформатора инвертора

Трансформатор инвертора  выбирается по току и напряжению вторичных  обмоток. Методика выбора трансформатора инвертора взята [5, стр. 159].

Напряжение вторичной  обмотки трансформатора:

, В,                   (2.4)

где =2,34- коэффициент схемы соединения вентилей инвертора для трехфазной мостовой;

=20⁰ - минимальный угол опережения, обусловленный условием опрокидывания инвертора;

=1,35- коэффициент схемы  выпрямления;

=680 В- напряжение на кольцах ротора двигателя.

Ток вторичной обмотки  трансформатора определяется по величине выпрямленного тока ротора I_dном, соответствующей длительной нагрузке двигателя:

,                          (2.5)

где =0,815 - коэффициент, зависящий от схемы соединения вентилей инвертора.

Расчетная мощность трансформатора:

, кВА.                   (2.6)

Линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора:

.                    (2.7)

По полученным данным выбираем трансформатор при выполнении условий:

1.                                         (2.8)

2.                                    (2.9)

3. ;                                    (2.10)

4. ;                                     (2.11)

5. ;                                         (2.12)

где l_тр =2,5 - коэффициент допустимой перегрузки трансформатора.

Выбираем трансформатор  ТСЗ-400/10УЗ, удовлетворяющий приведенным выше условиям.

Таблица 6 – Технические  характеристики трансформатора ТСЗ-400/10УЗ

Номинальная мощность, кВА	400
Напряжение  первичной обмотки, В	6000
Напряжение  вторичной обмотки, В	690
Потери  короткого замыкания, Вт	5400
Потери  холостого хода, Вт	1300
Относительное напряжение короткого замыкания, %	5,5