Расчет и проектирование электропривода вентилятора главного проветривания ВЦД-47

2.1.2.8. Требования по стандартизации и унификации.

1. При разработке электропривода должны быть ь максимальном объеме 
   применены стандартные и унифицированные матер иалы, изделия и детали, 
   изготавливаемые предприятиями РФ или сертифицированные изделия импортного 
   производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор двигателя привода

 

С учетом расширения фронта очистных работ в дальнейшем для проветривания  необходимо подавать с учетом потерь, в отработанных выработках и увеличения протяженности вентиляционных штреков: 760 м³/с. Предусмотрим установку вентиляторов ВЦД-42,5.

Расчетная мощность на валу электродвигателя вентилятора:

 

 

где = 1,15 - коэффициент запаса мощности на случай перегрузки;

Q - подача вентилятора, м³/с;

Р - давление вентилятора, Па;

- КПД передачи, ( =1 - для вентиляторов главного проветривания);

- КПД вентилятора.

 

 

Пз каталогу выбирают электродвигатель соответствующий частоты вращения и конструктивного исполнения исходя из условия:

Рном. > Pp.в.,

Где Рном- номинальная мощность двигателя.

Условию удовлетворяет двигатель  АКС-17 -76-12УХЛ4 с техническими параметрами в табл. 3.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименование  параметров	Значение
Мощность, кВт	3150
Частота вращения синхронная об/мин	500
Скольжение, %	0,02
К.П.Д	0,9
	0,87
Ток статора, А	362
Напряжение  статор.	6000
Сопряжение  фаз обмотки	Y
Ток ротора, А	1405
Напряжение  ротора	1360
Соединение  фаз обмотки	Y
Перегрузочная способность двигателя	2,5
Динамический  момент инерции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Краткое описание штатного  электропривода по схеме машинно-вентильного каскада

 

В настоящее время электропривод, подлежащий модернизации, выполнен по схеме комбинированного машинновентельного каскада, принципиальная схема которой приведена на рисунке 1

рис-1. Принципиальная схема штатного  электропривода.

М1, М4- асинхронный двигатель с фазным ротором М2,М3 - машина постоянного тока Т1 ,Т2 - трансформаторы НВ - неуправляемый выпрямитель ТП1 ,ТП2-тиристорный преобразователь

В соответствии со схемой электропривод  состоит из асинхронного двигателя  Ml, машин постоянного тока М2 и М3 и синхронной машины М4. Якоря машин М2 и М3 соединены последовательно и включены в цепь выпрямленного тока ротора асинхронного двигателя Ml. Вал машины постоянного тока М2 соединен жестко с валом двигателя Ml, и вал второй машины постоянного тока М3 соединен жестко с валом синхронной машины М4. Номинальные параметры электрических машин приведены в таблице 2.1,

						кг* м2
1	Ml	АКС-17-76- 12УХЛ4	3150	6000	500	650
2	М2	МП1600-400	1600	700	400/1000	650
3	М3	МП 173-12К	173	700	400	650
4	М4	СДС-15-64-6	2500	6000	1000	650

Штатный электропривод работает в трех режимах.

В первом режиме частота вращения вала вентилятора регулируется в диапазоне от О до 0,5 . В этом режиме автоматический выключатель QF1 находится выключенном состоянии, а автоматический выключатель QF2 - во включенном, поэтому питание на обмотку статора Ml не поступает. Машина М4, работает в двигательном режиме и вращается с постоянной скоростью приводя в движение машину М3, которая работает в режиме генератора постоянного тока, вырабатывает ЭДС, при этом величину этой ЭДС можно изменять с помощью ТП2, который изменяет величину тока в обмотке возбуждения. Машина М2, в этом режиме работает как двигатель постоянного тока и приводит в движение вал вентилятора. Таким образом в этом режиме электропривод работает как электропривод по схеме по схеме Г'-Д.

Во втором режиме частота вращения вентилятора, плавно регулируется в  диапазоне 0,5   0,8 . Для реализации второго режима необходимо включить автоматический выключатель QF1 и изменить полярность напряжения возбуждения М3, для этого необходимо тиристорный преобразователь ТП2 закрыть а тиристорный преобразователь ТП1 включить. В таком р жиме частота вращения вентилятора регулируется в диапазоне от 0,5 до 0,75 частоты номинальной.

Во втором режиме машина Ml пол/чает питание от сети и вырабатывает электромагнитный момент. В цепи ротора величина ЭДС, которая посредством неуправляемого выпрямителя НВ преобразуется в постоянное напряжение. Электрические машины М2 и М3 работают как двигатели постоянного тока, так как получают питание от неуправляемого выпрямителя НВ. А машина М4 в этом режиме работает как асинхронный генератор и возвращает энергию в сеть. Изменяя с помощью тиристорного преобразователя ТП1 ток возбуждения машины М3, можно изменять частоту вращения вала вентилятора.

В третьем режиме частота вращения вала регулируется от 0,75 до номинальной  частоты вращения. Для реализации этого режима необходимо изменить полярность напряжения возбуждения машины М3 т.е. снова включить тиристорный преобразователь ТП2 и выключить тиристорный преобразователь ТП1. В этом случае машина М4 снова работает как синхронный двигатель. Машина М3 работает в режиме генератора постоянного тока а машины Ml и М2 работают в режиме двигателей развивающих электромагнитный момент и вращает вентилятор. Цепь статора машины Ml получает питание от сети через автоматический выключатель QF1, а цепь якоря двигателя М2 получает питание от неуправляемого выпрямителя НВ и от генератора М3, которые соединены последовательно. Изменяя величину тока возбуждения в независимых обмотках возбуждения машины М3, изменяется величина ее ЭДС и следовательно изменяется величина напряжения, прикладываемая к цепи якоря машины М2.

К недостаткам штатного электропривода следует отнести следующее:

1. невысокий коэффициент полезного действия, обусловленный большим количеством электрических машин (4 шт.)
2. Высокая стоимость капиталовложения, возникающая в процессе изготовления и наладки.
3. Высокие эксплуатационные расходы, обусловленные низким КПД.
4. Необходимость проведения частых ремонтно-профилактических работ, связанных
5. Размещение электропривода требует больших производственных площадей.

Целью настоящего курсового проекта является модернизация штатного

электропривода, направленная на устранение вышеуказанных недостатков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В последние два десятилетия  регулируемый асинхронный электропривод претерпел столь существенные изменения в своем развитии, что полностью вытеснил из многих областей синхронный привод и привод постоянного тока. Это связано, прежде всего, с достижениями в области силовой электроники и микро процессорной техники, на основе которых были разработаны преобразователи частоты, обеспечивающие управление асинхронными короткозамкнутыми двигателями с энергетическими и динамическими показателями, соизмеримыми или превосходящими показатели других приводов. Высокая скорость обработки информации современными процессорами дала толчок развитию старых и разработке новых алгоритмов управления системой«преобразователь- двигатель».Сегодня частотное управление является для асинхронного привода своего рода техническим стандартом. Для электроприводов турбомеханизмов (насосов вентиляторов) рекомендуется использовать скалярный алгоритм управления. Функциональная схема частотного электропривода с алгоритмом скалярного управления приведена на рис. 2.2.

Рис 2- функциональная схема частотного электропривода с алгоритмом скалярного управления.

ЗИ - задатчик интенсивности

С- сумматор

ПИ - пропорционально интегральный регулятор

 ФП - функциональный преобразователь

 СПЧ - статический преобразователь частоты

 ДВ - асинхронный двигатель

ДС - датчик скорости

QF - автоматический выключатель

В представленной схеме электродвигатель получает питание от статического преобразователя частоты (СПЧ), преобразующего напряжение сети с постоянными параметрами (напряжением и частотой) в напряжение, параметры которого можно плавно изменять. Блок задания интенсивности (ЗИ) обеспечивает плавный пуск двигателя в целях ограничения пусковых токов.

Статический момент нагрузки вентилятора  находится в зависимости от частоты вращения, т.е. закон оптимального частотного управления Костенко: , для вентиляторов принимает следующий вид:  Для реализации такого закона в схеме предусмотрен функциональный преобразователь (ФП).

Работа электропривода происходит следующим образом.

Предположим, что после пуска  двигателя скорость вращения вентилятора  ниже, чем заданное значение. Сигнал с датчика скорости поступает  на отрицательный вход сумматора С и сравнивается с сигналом интенсивности, поступающим на положительный вход. Разница этих сигналов поступает на ПИ – регулятор, который формирует необходимую форсировку изменения сигналов управления, далее сигнал поступает на функциональный преобразователь, где формируется закон оптимального частотного управления. Уровень этж сигналов выше, чем сигнал задания, в соответствии с этим уровень и частота напряжения, подводимого к обмотке статора двигателя и, соответственно, увеличение скорости вращения вентилятора. После окончания переходных процессов уровень сигнала обратной связи уменьшится до нуля, т.е. скорость будет соответствовать заданию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Важнейшим элементом частотного электропривода является статический преобразователь частоты. Блок схема высоковольтного статического преобразователя частоты, широко применяется в электроприводах, получающих питание от промышленных сетей напряжением 6 кВ, приведена на рис 3.

Рис. 3 Блок схема высоковольтного статического преоброзователя частоты.

Преобразователь частоты такого типа основан на использовании каскадного включения низковольтных ячеек (580 В), которое дает на выходе высокое напряжение. Каждая ячейка построена по тому же принципу, что и низковольтные преобразователи частоты, и содержит звено постоянного тока.

Конструктивно высоковольтный преобразователь  частоты состоит из четырех модулей:

Первый модуль в простейшем случае представляет собой вводной вакуумный  контактор.

Второй модуль — многообмоточный  трансформатор, вторичные обмотки  которого электрически сдвинуты друг относительно друга. Эти обмотки являются независимыми источниками переменного напряжения (580 В) для низковольтных ячеек. Использование многообмоточного фазосдвигающего трансформатора обеспечивает более сглаженное потребление электроэнергии, снижает уровень гармоник и улучшает .

Третий модуль — набор низковольтных  ячеек. Структура такой ячейки (см. рис. 2.4) полностью совпадает со структурой низковольтного преобразователя частоты. Каждую ячейку можно рассматривать как независимый источник управляемого напряжения. Эти источники соединяются последовательно в звенья, формируя фазы выходного напряжения. Чем больше необходимое выходное напряжение, тем больше количество звеньев в цепи. Получившиеся три фазы выходного напряжения подключаются по схеме «звезда». Схема низковольтной ячейки показана на рисунке 4.

 

Рис 4 Принципиальная: схема низковольтной ячейки

 

Четвертый модуль — система мониторинга  и управления. Система управления преобразователем построена на базе цифрового сигнального процессора, а связь с исполнительными механизмами (низковольтными ячейками) осуществляется по оптоволоконной линии связи. Это обеспечивает электрическую изоляцию управляющих сигналов и предотвращает влияние на них электромагнитных помех.

Использование многозвенной структуры  при формировании фазы высоковольтного  напряжения и определяет форму выходного сигнала (см. рис. 5). Из рисунка видно, что выходное напряжение формируется ступенчато, а не двухуровневым ШИМ сигналом, как это происходит в НВПЧ. При этом суммарное время, в течение которого каждая ячейка находилась во включенном состоянии за период, одинаково для всех ячеек.