Асинхронный электропривод вентилятора

Расчет  механической характеристики вентилятора  представлен в пункте 3.1.

Рисунок 10 – Механические характеристики электропривода по системе АВК

Рисунок 11 – Электромеханические характеристики электропривода по системе АВК

3. Расчет переходных процессов ω=f(t) и M=f(t) при пуске, набросе, сбросе нагрузки при мгновенном изменении задания

Расчет электромеханических  переходных характеристик  и рассмотрим при пуске двигателя.

Переходные процессы будут рассчитываться по следующим формулам:

;

.

где – установившееся значение скорости при моменте нагрузки М_с1;

 – начальное значение  угловой скорости;

 – начальное значение  момента;

Тм – электромеханическая постоянная времени.

Определим электромеханическую  постоянную времени:

,

где - суммарный момент инерции.

Тогда выражения для расчета  электромеханических процессов будут иметь вид:

 

Рисунок 12 – Переходный процесс пуска ω = f (t)

По рисунку 12 определяем время переходного процесса: .

Рисунок 13 – Переходный процесс пуска М = f (t)

Произведем сброс нагрузки на 410 Н м от установившегося .

Таким образом, получим:

.

Для этого необходимо совершить  переход по естественной характеристике до значения:

.

Далее необходимо совершить  бросок момента до значения:

.

При этом моменте значение угловых скоростей равно:

,

 

Выражения электромеханических  переходных процессов будут иметь вид:

 

,

где , .

Рисунок 14 – Переходный процесс сброса нагрузки ω = f (t)

Рисунок 15 – Переходный процесс сброса нагрузки М = f (t)

Произведем наброс нагрузки на 410 Н·м от установившегося значения.

Таким образом, получим:

.

Для этого необходимо совершить  бросок момента до значения до значения:

.

Далее необходимо совершить  переход по естественной характеристике до значения:

.

При этом моменте значение угловых скоростей равно:

,

 

Выражения электромеханических  переходных процессов будут иметь  вид:

 

,

где , .

Рисунок 16 – Переходный процесс наброса нагрузки ω = f (t)

Рисунок 17 – Переходный процесс наброса нагрузки М = f (t)

 

4. Расчет параметров структурной схемы

1. Составление структурной схемы силовой части регулируемого электропривода

Электропривод системы АВК  имеет рабочую ветвь механических характеристик в зоне расположения рабочих точек (пересечение механических характеристик электропривода и  вентилятора), обладающих практически  линейным характером. Жесткость механических характеристик электропривода при  изменении угловой скорости практически  не меняется. Поэтому математическое описание электропривода можно линеаризовать.

Линеаризованная структурная  схема электропривода системы АВК, представленная на рисунке 18, состоит из последовательно соединенных инерционных и интегрирующего звеньев с внутренней обратной связью по цепи выпрямителя.

Рисунок 18 – Структурная схема электропривода по схеме асинхронно-вентильного каскада

2. Расчет параметров звеньев структурной схемы электропривода

Методика расчета параметров звеньев структурной схемы электропривода взята [4, стр. 170]

Передаточную функцию  инвертора, как и управляемого выпрямителя, можно представить апериодическим звеном первого порядка: 
.

Статический коэффициент  передачи инвертора определяется выражением:

 

где - максимальная величина противо-ЭДС инвертора;

- максимальное напряжение  сигнала управления.

Постоянна времени, характеризующая  электромагнитную инерционность инвертора, выбирается в диапазоне от 0,055 с до 0,01 с. Принимаем .

Роторная цепь постоянного  тока представлена апериодическим звеном первого порядка:

;

где - статический коэффициент передачи роторной цепи;

- электромагнитная постоянная времени роторной цепи.

Эквивалентное активное сопротивление  роторной цепи равно:

 

где - среднее скольжение в заданном диапазоне регулирования скорости.

Статический коэффициент  передачи роторной цепи:

.

Эквивалентная индуктивность  роторной цепи равна:

 

Электромагнитная постоянная времени роторной цепи:

.

Коэффициент пропорциональности между током роторной цепи и моментом равен:

;

где - находим из таблицы 10.

Передаточная функция  звена скорости представлена интегрирующим  звеном:

;

где - момент инерции вентиляторного агрегата.

Внутренняя обратная связь  по ЭДС двигателя представлена безынерционным звеном с передаточной функцией:

 

Коэффициент передачи внутренней обратной связи по ЭДС двигателя:

.

 

5. Разработка функциональной схемы системы регулируемого электропривода

1. Составление функциональной силовой схемы регулируемого электропривода

Силовая схема привода  по системе АВК представлена на рисунке  19. Основные элементы, входящие в функциональную схему:

- М – двигатель;

- Т – трансформатор;

- НВ – неуправляемый выпрямитель;

- И – инвертор;

- РС – регулятор скорости;

- РТ – регулятор тока;

- ДТ – датчик тока;

- ДС – датчик скорости;

- Др – сглаживающий дроссель.

Силовой неуправляемый выпрямитель (В) и инвертор (И) составляют преобразовательную часть системы и реализуют схему асинхронно-вентильного каскада (АВК) с промежуточным звеном постоянного тока. Система автоматического регулирования построена по принципу подчиненного регулирования с внешним контуром скорости и внутренним контуром тока.

Принцип действия АВК заключается  в преобразовании переменного напряжения роторной цепи с помощью диодного выпрямителя в постоянное, с последующей рекуперацией этого напряжения ведомым сетью тиристорным инвертором в питающую сеть. Изменяя угол управления инвертором можно плавно управлять моментом, а следовательно, и скоростью двигателя. При замыкании обратной связи по скорости можно обеспечить необходимый диапазон ее регулирования при заданной степени жесткости механической характеристики.

 

Рисунок 19 – Функциональная силовая схема системы регулируемого электропривода

Главным преимуществом этой схемы является ее высокая экономичность (полное отсутствие пускорегулирующих  резисторов и следовательно, потерь) при относительно низкой стоимости.

2. Составление функциональной схемы управления регулируемого электропривода

Электропривод построен по двух контурной системе подчиненного регулирования и содержит внешний скоростной контур и внутренний токовый контур. Функциональная схема системы управления представлена на рисунке 21. Сигналом задания токов протекающих во внутренних контурах является сигнал формируемый «регулятором скорости», этот сигнал поступает на положительный вход сумматора «С2» а на отрицательный вход сумматора поступает сигнал отрицательной обратной связи который пропорционален фактическому значению тока, измеряемый с помощью датчика тока. Разность между заданным и фактическим значениями, поступает на регулятор тока который формирует необходимую форсировку изменения сигналов управления поступающих на вход «СИФУ», в результате этого инвертор «И» отрабатывает и формирует нужное значение тока протекающее в роторных цепях двигателей и соответственно формирует нужное значение электродвигателя «М».

Внешний скоростной контур включает в себя задатчик скорости и задатчик интенсивности, сумматор С1,» П регулятор» и внутренний контур. Задатчик скорости совместно с задатчиком интенсивности формируют УЗС который поступает на положительный вход сумматора С1. На отрицательный вход поступает сигнал о фактическом значении скорости с датчика скорости. Разность между заданной и фактической скоростью поступает на «регулятор скорости» который формирует необходимую величину задания тока ;протекающего в роторных цепочках и соответственно регулируется электромагнитный момент электродвигателя.

 

Рисунок 20 – Блочное представление функциональная схема системы управления регулируемого электропривода по схеме АВК.

 

Заключение

В выпускной квалификационной работе был спроектирован электрический привод асинхронного двигателя стандартного исполнения с фазным ротором, с регулированием скорости при помощи системы асинхронного вентильного каскада.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором осуществляется при помощи изменения угла управления тиристоров инвертора.

Были рассчитаны и построены  механические характеристики регулируемого  электропривода. Выбраны полупроводниковые приборы (диоды и тиристоры). Рассчитан дроссель и трансформатор, выбрана аппаратура защиты и управления.

Преимуществом данного способа  регулирования - простота технической  реализации регулирования скорости асинхронного двигателя с фазным ротором. Основной недостаток - малое  значение коэффициента мощности cos (φ), что вызывает необходимость использования устройств по увеличению cos (φ).

В целом каскадный способ регулирования является одним из наиболее экономичных способов регулирования  частоты вращения асинхронных двигателей.

Специальные каскадные установки позволяют  регулировать частоту вращения двигателя не только вниз от синхронной, но и выше ее, при этом получается выигрыш в габаритах преобразовательных устройств — трансформатора и вентильного преобразователя. Такие каскадные установки называют установками с двухзон-ным регулированием. Однако каскады с двухзонным регулированием дороже и сложнее.

 

Список использованных источников

1. Стационарные установки шахт/ Б. Ф. Братченко, Г. М. Нечушкин, Н. Г. Гаркуша; Москва: Изд-во Недра, 1978 – 433 с.
2. Электропривод турбомеханизмов / Г. Б. Онищенко, М. Г. Юньков; Москва: Изд-во Энергия, 1972 – 239 с.   (был раньше 4)
3. Расчет и проектирование осветительных установок и электроустановок промышленных механизмов / В. П. Шеховцов; Москва: Изд-во ФОРУМ, 2010 – 259 с. (1)
4. Регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок горных предприятий / В. Н. Фалищенко; Москва: Изд-во Горная книга, 2011 – 249 с.   (2)
5. Асихронный вентильный каскад / Г. Б. Онищенко; Москва: Изд-во Энергия, 1967 – 152 с. (3)
6. Электрооборудование станций и подстанций / В. С. Рожкова, В. С. Козулина; Москва: Эноргоатомиздат, 1987 -  645 с.
7. Правила устройства электроустановок, 2008 – 487 с.  (5)
8. Электропривод переменного тока: учебное пособие / А.Ю. Чернышев, Ю.Н. Дементьев, И.А. Чернышев; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 213с.   (6)