Расчет и проектирование электропривода вентилятора главного проветривания ВЦД-47

С учетом величины тока протекающего через тиристор, и величины обратного  напряжению. В качестве полупроводниковых ключей выбираем тиристоры типа ТБ273- 2000. Эти тиристоры изготавливаются компанией ОАО «Электровыпрямитель» (г. Саранск) и рассчитаны на обратное напряжение и на протекание рабочего тока . Схема силовой части тиристорного преобразователя показана на рисунке 2.11.

Рис.11-принципиальная схема силовой части тиристорного преобразователя.

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  требуемой мощности трансформатора и выбор его типа

 

Трансформатор, входящий в состав электропривода по схеме АВК, должен удовлетворять следующим условиям:

1. Номинальная мощность трансформатора должна соответствовать мощности скольжения роторной цепи исполнительного двигателя, возвращаемой в промышленную сеть в режиме работы вентилятора с максимальной производительностью.
2. Номинальное первичное напряжение трансформатора должно соответствовать напряжению промышленной сети.
3. Номинальное вторично»; напряжение трансформатора должно быть таковым, чтобы максимальное постоянное напряжение инвертора соответствовало постоянному напряжению на выходе неуправляемого выпрямителя в режиме пуска исполнительного двигателя.

Именно эти условия кладутся в основу расчета мощности и выбора типа трансформатора.

Поскольку согласующий трансформатор  подключается к промышленной сети, у которой действующее значение линейного напряжения равно 6000В, то напряжение первичной обмотки трансформатора должно быть равно

Величина напряжения вторичной  обмотки трансформатора рассчитывается исходя из следующих соображений:

Напряжение на выходе неуправляемого выпрямителя в режиме пуска исполнительного двигателя составляет величину равную

 

Величина добавочной ЭДС, вводимой инвертором в цепь ротора исполнительного  двигателя при угле опережения равном нулю, должна быть равной напряжению на выходе неуправляемого выпрямителя, следовательно действующее значение вторичного напряжения должно отвечать условию

 

С учетом выполнения первого условия, мощность согласующего трансформатора должна быть не менее мощности скольжения исполнительного двигателя, которая  в свою очередь определяется выражением:

Где М_э величина электромагнитного момента,

 Нм  асинхронная частота вращения, 1/с,

S - скольжение

В режиме работы вентилятора с максимальной производительностью величина электромагнитного  моменте; и скольжения равны номинальным  значениям. И величина мощности скольжения будет равна:

Следовательно, номинальная мощность согласующего трансформатора должна быть равна _>

С учетом вышеизложенного в качестве согласующего трансформатора выбирается трансформатор типа ТН-100-60/1,36у, Y/Y-0 который имеет следующие номинальные параметры:

-Номинальная мощность 100 кВА

-Действующее значение первичного  напряжения 6000В

-Действующее значение вторичного напряжения 1360В

Трансформаторы этого типа серийно  изготавливаются и поставляются по техническим условиям ТУ 16-93ВГЕИ. 672133.002ТУ. Величина вторичного напряжения у серийных трансформаторов этого типа равно 400В, однако по требованиям заказчика завод изготовитель может изготовить и поставить трансформатор с величиной вторичного напряжения равной 1360В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор коммутационного оборудования

 

В качестве коммутационного оборудования в сети с напряжением 6кВ сегодня  широко используются вакуумные выключатели.

Вакуумные выключатели имеют вакуумные  дугогасительные камеры, по одной на каждую фазу. В этих камерах происходят процессы замыкания и размыкания цепи. В камерах обеспечивается глубокий вакуум, характеризуемый давлением остаточных газов  Па.

Принцип действия вакуумных дугогасительных камер основан на гашении электрической дуги в вакууме. В этих дугогасительных камерах реализуются два свойства вакуумных промежутков: высокая электрическая прочность (выше, чем у трансформаторного масла) и высокая дугогасительная способность.

Процесс отключения происходит следующим  образом. При размыкании контактов количество контактных точек между ними уменьшается, а плотность тока, протекающего через них, растет. В результате этого на завершающей стадии размыкания происходит расплавление и испарение материала контактов. В парах металла возникает электрический разряд, переходящий в дуговую стадию. Благодаря низкому давлению в камере, вокругконтактов происходит интенсивная диффузия дугового столба, и дуга гаснет. Частицы испарившегося металла контактов оседают на поверхности дугогасительной камеры. При этом быстро, со скоростью 5...50кВ/мкс. Восстанавливается электрическая прочность между контактами. Скорость восстановления электрической прочности в вакуумных выключателях выше, чем у других типов выключателей. В процессе изготовления камеры, чтобы удалить газ с внутренней поверхности камеры, ее подвергают длительной дегазации в вакууме при температуре несколько сотен градусов Цельсия и безмасляной вакуумной откачке. Применяются также тренировочные отключения тока. Благодаря этому поверхности камеры не выделяют газа вобьем и, более того, отсасывают небольшие количества газа, образующегося при горении дуги во время работы выключателя

Выбор вакуумного выключателя производится по номинальному току, номинальному напряжению, отключающей способности. В нашем случае вакуумный выключатель подключается в питающую сеть обмотки статора имеющей следующие параметры: ток статора и напряжение статора . В настоящее время отечественная электротехническая компания ОАО «Таврида-Электрик» производит выключатели на номинальное напряжение 6(10) кВ. Из числа производимых компанией вакуумных выключателе примем выключатель типа ВВ/TEL 10-2О/1ООО со следующими характеристиками:

 

Номинальное напряжение, кВ	10
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	12
Номинальный ток, А	1 ООО
Номинальный ток отключения, кА	20
Ток динамической стойкости ( наибольший пик),кА	51

 

 

Kl, К2, КЗ, - дугогасительные камеры.

 L1, L2, L3 - электромагнитные катушки.

БУ - блок управления

QF - вакуумный выключатель

Д - двигатель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принципиальная электрическая  схема работает следующим образом. Для пуска необходимо нажать на кнопку «пуск», загорается лампочка С1 на пульте управления сигнализирующая о подаче напряжения на обмотку статора электродвигателя. Ток проходит через блок управления БУ к электромагнитным катушкам LI, L2, L3 которые замыкают контакты в вакуумных камерах Kl, К2, КЗ вакуумного выключателя QF. Благодаря чему к обмотке статора поступает трехфазное напряжение. Для остановки необходимо нажать кнопку «стоп» тем самым разорвав цепь на 220 В и обесточив электромагнитные катушки L1,L2,L3 удерживающие в замкнутом состоянии контакты в вакуумных камерах. замыкается После прекращения подачи напряжения контакт КВ 1 замыкается и загорается лампочка С2 на пульте управления сигнализирующая о нажатой кнопке «стоп» одновременно с эти прекращается напряжения на катушки L1,L2,L3, контакты разрываются под действием пружин, образуется дуга, которую гасит вакуум, прекращается: питание обмотки статора электродвигателя М.

Питание обмотки ротора проходит через понизительный трансформатор Т где напряжение с 6кВ преобразуется в 1360 В. Далее напряжение поступает на вход тиристорного преобразователя, который выпрямляет трехфазное переменное напряжение и делает его постоянным напряжением величина которого может плавно регулироваться регулятором скорости Р, выполненном на реостате, через блок управления А. Величина этого выпрямленного напряжения математически определяется следующим выражением , здесь U₂ действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора, а, - угол включения тиристоров. Блок управления А задает сигнал управления, который поступает на вход тиристорного преобразователя ТП, изменяя угол включения , что приводит к изменению величины добавочной ЭДС и приводит к изменению величины тока . Это в свою очередь приводит к изменению , а это в свою очередь к изменению частоты вращения двигателя.

В процессе работы исполнительного  двигателя в каждой фазе обмотки  ротора наводится ЭДС величина, которой будет, равняется: , где S скольжение, а

- 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 НВ на выходе которого получается постоянное напряжение величина которого равна . Тиристорный преобразователь работает в режиме инвертора ведомого сетью. То есть он преобразовывает постоянное напряжение на выходе неуправляемого выпрямителя в систему трехфазного напряжения, частота которого равна частоте питающей сети переменного тока.

Для защиты электродвигателей от значительных перегрузок, заклинивания ротора, а  также от коротких замыканий к  схеме используется реле максимального  тока. Во все фазы питания! электродвигателей  включаются катушки реле максимального  тока через трансформаторы тока, а их размыкающие контакты КА, КА2 и КАЗ соединяются последовательно с блоком управления вакуумного выключателя. При нормальной работе двигателя реле не выключаются, а при большой перегрузке или при коротких замыканиях одно или все три репе максимального тока включаются и электромагнитные катушки КТ1, КТ2, КТЗ втягивают ротор этим самым размыкают контакты КА1, КА2, КАЗ которые разрывают цепь управления вакуумным выключателем и одновременно с этим замыкают контакты КС1, КС2, КСЗ каждый из которых питает соответствующую ему лампочку СЗ, С4, С5 на пульте управления, каждая из которых информирует о токах короткого замыкании в линии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компьютерная  модель модернизированного электропривода

 

В современных вентиляторных установках установках средней и большой производительности широкое применение нашли электроприводы переменного тока, выполненные по схеме асинхронно - вентильного каскада (АВК). Принципиальная схема силовой части такого электропривода приведена на рисунке 2.13

Рис. 13. Принципиальная схема силовой  части электропривода по схеме АВК  В соответствии со схемой силовая часть электропривод содержит:

М - асинхронный двигатель с фазным ротором;

НВ - неуправляемый выпрямитель, подключенный к цепи ротора двигателя;

ТП - тиристорный преобразователь, включенный встречно по отношению к неуправляемому выпрямителю;

Т - трансформатор, ко вторичным обмоткам которого подключен тиристорный преобразователь;

L - токосглаживающая индуктивность, включенная в цепь постоянного тока;

В - привод вентиляторной установки.

Пуск и регулирование  скорости вращения вентиляторной установки производятся за счет плавного регулирования частоты вращения исполнительного двигателя. 

Регулирование частоты вращения исполнительно  двигателя производится в свою очередь  за счет введения в цепь ротора дополнительной ЭДС, направленной встречно ЭДС ротора. Изменение величины вводимой ЭДС  приводит к изменению тока, протекающего в цепи ротора и, как следствие этого, приводит к изменению величины электромагнитного момента. Роль дополнительной ЭДС играет напряжение на выходе тиристорного преобразователя, который работает в режиме инвертора ведомого сетью. То есть он преобразовывает постоянное напряжение на выходе неуправляемого выпрямителя в систему трехфазного напряжения, частота которого равна частоте питающей сети переменного тока. Величина вводимой ЭДС определяется выражением

где - действующее значение линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора Т;

- угол включения тиристоров преобразователя ТП.

Изменение величины вводимой ЭДС достигается  за счет изменения угла включения тиристоров , который может принимать значения, располагающиеся в интервале

Уравнение равновесия ЭДС для цепи ротора с учетом дополнительной ЭДС  может быть записано в следующем  виде

здесь линейное напряжение фазы обмотки ротора при S = 1,

S - скольжение,

L - индуктивность в цепи постоянного тока;

- эквивалентное сопротивление цепи ротора, включающее в себя сопротивление обмотки ротора, сопротивление диодов НВ и тиристоров ТП, а также сопротивление вторичной обмотки трансформатора Т;

I_d - ток на выходе выпрямителя.

В операторной форме это уравнение  имеет следующую запись

Решая это уравнение относительно выпрямленного тока в цепи ротора, имеем

где - постоянная времени цепи ротора.

Электромагнитный момент, развиваемый  электродвигателем, определяется следующим выражением

где К - коэффициент пропорциональности, значение которого для линейного участка механической характеристики асинхронного двигателя постоянно.

Структурная схема силовой части  электропривода по схеме АВК, построенная на основании уравнений и учитывающая также уравнение движения механической части механической части, приведена на рисунке 214.

 

Рис..14 .Структурная схема силовой части  электропривода по схеме АВК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 15. Компьютерная модель электропривода вентиляторной установки