Расчет и проектирование электропривода вентилятора главного проветривания ВЦД-47

Рис. 5 график формирования выходного высоковольтного  напряжения.

Изображенный на графике сигнал также называют многоуровневым синусоидальным ШИМ сигналом.

Основным недостатком способа  частотного управления является влияние  работы электропривода, на показатель качества напряжения питающей сети. Последнее  обстоятельство объясняется тем, что в состав статического преобразователя частоты входят неуправляемые выпрямители которые, являясь нелинейными элементами, потребляющими из сети несинусоидальный ток. Этот ток содержит набор высших гармоник, порядок которых определяется выражением: п = 6к±1 где к=1,2,3,4

Эти высшие гармоники тока протекающие по кабельным линиям искажают синусоидальность напряжения промышленной сети, от которой получают питание другие по^г гребите л и электроэнергии. Искажение синусоидальности напряжения в свою очередь обуславливает следующий ущерб:

* дополнительный нагрев и выход из строя конденсаторов, предохранителей

конденсаторов, трансформаторов, электродвигателей, люминесцентных ламп и т.п.; ложные срабатывания автоматических выключателей и предохранителей;

* наличие третьей гармоники и ее производных 9,12 и т.д. в нейтрали может

потребовать увеличения сечения ее проводника;

* гармонический шум (частые переходы через 0) может служить причиной

неправильной работой компонентов  систем контроля;

* повреждение чувствительного электронного оборудования;

* интерференция систем коммуникации.

 

Вторым серьезным недостатком  частотного электропривода является очень  высокая цена за преобразователь частоты для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором большой мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В асинхронных двигателях переменного тока электромагнитный момент, развиваемый двигателем в процессе работы, пропорционален току в роторе М_э = КI_РB

асинхронных двигателях с фазным ротором (далее в тексте АДФР ) имеется возможность техническими средствами регулировать величину тока, протекающего в роторе и как следствие регулировать электромагнитный момент двигателя. АДФР можно включать в цепь ротора дополнительное сопротивление. При вращении ротора в нем возникает электродвижущая сила равная

где - электродвижущая сила, возникающая в роторе при скольжении равном 1 (ротор находится в неподвижном состоянии). При вращении ротора появляется скольжение отличное от 1, и Е₂ поэтому уменьшается. При введении в цепь ротора дополнительного сопротивления

Изменяя величину , мы изменяем величину электромагнитного момента.

Однако такой способ является неэкономичным, потому что на этих добавочных сопротивлениях появляются потери мощности:

Поэтому этот способ в электроприводах новых разработок не используется. Иной способ регулирования величины тока в цепи ротора, является введение в цепь не добавочного сопротивления, а добавочного ЭДС. В этом случае

Схема включения добавочного ЭДС  в цепь ротора показана рис. 2.6

Рис.6- схема включения в цепь ротора добавочного ЭДС.

Однако такой способ технически трудно реализовать, потому что добавочное ЭДС должно быть в противофазе с ЭДС, которое генерируется в роторе в процессе его вращения, а фаза ЭДС при вращении ротора все время изменяется. Поэтому задачу введения добавочного ЭДС в цепь ротора решают другим путем (см. рис.7).

Рис. 7- Включения в цепь ротора добавочного ЭДС

То есть цепь ротора подключают к неуправляемому выпрямителю и к выходным зажимам которого подключают добавочную ЭДС. В звене постоянного тока будет пр отекать ток

Где . Из выражения (6) видно, что если будем изменять величину

, то мы будем изменять величину  , и как следствие можно будет изменять электромагнитный момент двигателя.

Рассмотренный способ включения в цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором дополнительного ЭДС и положен в принцип действия электропривода по схиме асинхронно вентильного каскада (АВК), принципиальная схема которого приведена на рис

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8 принципиальная схема электропривода по схеме АВК

В состав электропривода входит:

М- электродвигатель с фазным ротором (АДФР)

В-вентилятор

НВ- неуправляемый выпрямитель к входным зажимам которого подключена цепь ротора.

Т- понижающий трансформатор, трехфазный.

ТП- тиристорный преобразователь входные зажимы которого подключены к вторичной обмотке трансформатора.

L- токосглаживающий реактор к через который подключены выходные зажимы неуправляемого выпрямителя и тиристорного преобразователя.

Принцип действия электропривода по схеме асинхронно вентильного каскада  заключается в следующем: в процессе рабе ты исполнительного двигателя в каждой фазе обмотки ротора наводится ЭДС величина, которой будет, равняется: , где S скольжение, а Е₂ это ЭДС которая наводится в каждой фазе обмотки ротора при скольжении равном 1, т.е. когда ротор стоит. Эти фазные ЭДС ротора поступают на входные зажимы неуправляемого выпрямителя на выходе которого получается постоянное напряжение величина которого равна . Одновременно с этим вторичное напряжение трансформатора Т поступает на вход тиристорного преобразователя, который (выпрямляет трехфазное переменное напряжение и делает его постоянным напряжением величина которого может плавно регулироваться. Величина этого выпрямленного напряжения математически определяется следующим выражением , здесь - действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора, а - угол включения тиристоров.

Если угол будет регулироваться в диапазоне от 0 до 180 градусов то полярность выпрямленного напряжения будет иметь вид «+» на верхнем зажиме «-» на нижнем зажиме. Электромагнитный момент, развиваемый электродвигателем, эквивалентен току, протекающему в обмотке ротора i, и значит, соответственно, пропорционален выпрямленному значению тока

Где - эквивалентное сопротивление включает в себя сопротивление вторичных обмоток трансформатора R_2T , R_p - сопротивление ротора, сопротивление диодов , R_T - сопротивление тиристора.

Изменяя сигнал управления, поступающий на вход тиристорного преобразователя TП U_у мы изменяем угол включения а, что приводит к изменению величины добавочной ЭДС и приводит к изменению величины тока I_d. Это в свою очередь приводит к изменению тока реостата 1_Р, который приводит к изменению М_э, а это в свою очередь к изменению частоты вращения двигателя.

Электропривод выполненный по схеме АВК обладает следующим ценными свойствами:

1. Широкий диапазон плавного регулирования частоты вращения.
2. Высокая экономичность, обусловленная тем что энергия скольжения возвращается в питающую сеть а не рассеивается на дополнительных резисторах.
3. Невысокая стоимость и не высокие эксплуатационные затраты.
4. Отсутствие влияния на показатели качества электроэнергии питающей сети.

С учетом этих достоинств для модернизации электропривода вентилятора будет использован электропривод по схеме асинхронно вентильный каскад (АВК).

 

 

 

 

 

 

 

функциональная  схема работы электропривода главной  вентиляционной установки по схеме  авк

 

 

 

 

В состав схемы входит:

М- асинхронный двигатель с фазным ротором

 Т- трансформатор

И- инвертор (тиристорный преобразователь в режиме инвертора ведомого сетью)

СИФУ- система импульсно фазового управления

ЗС - задатчик скорости

 ЗИ - задатчик интенсивности.

Электропривод построен по двух контурной  системе подчиненного регулирования  и сдержит внешний скоростной контур и внутренний токовый контур. Сигналом задания токов протекающих  во внутренних контурах является сигнал формируемый «П регулятором», 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 ПИ регулятор который формирует необходимую форсировку изменения сигналов управления поступающих на вход «(ПИФУ», 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 «П регулятор» который формирует необходимую величину задания тока ;протекающего в роторных цепочках и соответственно регулируется электромагнитный момент электродвигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  неуправляемого выпрямителя

Расчет неуправляемого выпрямителя, включённого в цепь ротора исполнительного  двигателя , сводится к:

 а) Определению действующего значения токов, протекающих через полупроводниковые диоды в длительном режиме;

б) Определению максимального значения обратного напряжения, прикладываемого к полупроводниковым диодам.

в) Выбору типов полупроводниковых диодов.

Величины максимального значения обратного напряжения, прикладываемого  к диодам неуправляемого выпрямителя, собранного по схеме трехфазного  двухполупериодного выпрямителя, определяется выражением

где Ud величина выпрямленного напряжения .

В свою очередь величина выпрямленного  напряжения на выходе трехфазного двухполупериодного выпрямителя равна

где фазное напряжение на выходе выпрямителя

С учетом уравнения (2.11) величина максимально  обратного напряжения будет определяться:

Поскольку неуправляемый выпрямитель включен в цепь работы асинхронного двигателя, то при пуске величина фазного напряжения будет равна

где - фазная ЭДС при скольжении равна единице.

В номинальном режиме работы фазное напряжение на входе выпрямителя  будет равно

Здесь S_n скольжение в номинальном режиме.

Для выбранного типа исполнительного  величина фазного ЭДС при скольжении равном единице составляет велечину =1360В

Номинальное скольжение равно S_n =0,02

С учетом (2.12) и (2.1З) уравнения максимальная величина обратного напряжения прикладываемого к диодам выпрямителя в режиме пуска будет равна

А в номинальном режиме работы будет  составлять

То есть, в целях нормальной безаварийной работы выпрямителя, необходимо использовать в качестве диодов ключи рассчитанные на величину обратного напряжения не менее 3346В.

Величина действующего значения тока, протекающего через диод выпрямителя, собранного на трехфазной двухполупериодной схеме выпрямления определяется выражением

В свою очередь величина выпрямленного  тока связана с величиной действующего значения фазного тока зависимостью

Здесь действующее значение тока на входе выпрямителя.

Принимая во внимание выражение 2.17 и 2.18, можно записать формулу для  определения действующего значения тока через диод в следующем виде

В длительном (номинальном) режиме работы электропривода действующее значение тока ротора для выбранного типа двигателя составляет 1425А, поэтому диод должен быть рассчитан на длительное просекание тока

=1010

В настоящее время, отечественная  электротехническая промышленность ( ОАО "Электровыпрямитель", г. Саранск ) серийно выпускает полупроводниковые диоды типа Д.И37-4000. Они рассчитаны на максимальное обратное напряжение V_RRM =2400В и действующее значение прямого токаI_R(AV) = 4000А.

Полупроводниковый диод этого типа используется для разработки неуправляемого выпрямителя, входящего в состав разрабатываемого электропривода. В  связи с тем что рабочее напряжение выбранных диодов меньше чем обратное напряжение, возникающее при работе электропривода в режиме пуска, то необходимо использовать последовательное включение диодов. А для выравнивания напряжения на них необходимо включить параллельно им снабберные RC цепочки. Схема силовой части неуправляемого выпрямителя представлена на рис. 10

Рис. 10 схема силовой части неуправляемого выпрямителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  и выбор полупроводников ключей тиристорного преобразователя

Тиристорный преобразователь, входящий в состав разрабатываемого, работает в режиме инвертора, ведомого сетью, и предназначается для возврата энергии скольжения исполнительного двигателя в питающую сеть. Эта энергия скольжения проходит сначала через неуправляемый выпрямитель а потом через тиристорный преобразователь. Поскольку и неуправляемый выпрямитель, и тиристорный преобразователь выполнены по одинаковой схеме (трехфазной двухполупериодной), то величины токов, проходящие через ключи тиристорного преобразователя, будут равны токам проходящим: через ключи неуправляемого выпрямителя.

В связи с тем, что вторичное  напряжение согласующего трансформатора равна 1360В то максимальное обратное напряжение, прикладываемое к тиристорам тоже будет