Регулируемый электропривод лифта по системе ПЧ-АД с короткозамкнутым ротором

Требуемая мощность резистора снаберра:

Р = 0,5∙С∙ ΔU²∙f_sw = 0,5∙0,03∙10^-6∙60²∙10⁴ = 0,539 Вт,   где ΔU – перенапряжение, В, которое не должно превышать 60 В.

Выбираем  для снаббера резистор штампованный ленточный типа ЛФ11В с номинальным сопротивлением при t = 20 ⁰С R = 2 Ом и продолжительным допустимым током I_доп = 280 А.

Действительная  мощность резистора снаббера:

    Р = I_доп²∙R = 140²∙0,2 = 3920 Вт

Ток, протекающий  через диод снаббера, импульсный. Он почти равен отключаемому току коллектора I_{c max} и длится до 1 мкс.

Отношение максимума тока через снаббер к среднему около (20 - 50):1, диод должен быть высокочастотным со временем восстановления запирающих свойств t_rr = 0,3 мкс и менее.

Выбираем  быстровосстанавливающийся диод типа КД644А – 25.

1.2.6 Выбор преобразователя частоты

 

Выбираем преобразователь частоты серии VLT5000FLUX (производство фирмы «Danfoss», Дания) со следующими параметрами:

 

Таблица 6 – Параметры преобразователя частоты VLT5000FLUX

Применение	Производство
Мощность/напряжение	0,75÷37 кВт, 3х200÷230 В; 0,75÷400 кВт, 3х380÷500 В
Максимальная длина кабеля к двигателю	Экранир. – 150 м Неэкранир. – 300 м
Корпус	IP00, IP20, IP21, IP54
Характеристика нагрузочного момента	Постоянный/переменный
Принцип управления	Управление вектором магнитного потока
Максимальный ток	160 (150) % 1 мин, 180 % 0.5 с
Максимальный момент (перегрузочная  способность)	160 (150) % 1 мин
Момент при нулевой скорости	100 %
Выходная частота, Гц	0÷132   1÷300
Разрешение по частоте, Гц	± 0.003
Диапазон регулирования скорости: – разомкнутая система – замкнутая система	- 1:1000
Точность поддержания скорости: – разомкнутая система – замкнутая система	- n<1500 об мин ±1.5 об мин n>1500 об мин 0,1%
Точность поддержания момента: – разомкнутая система – замкнутая система	- ± 5 %⋅Мн
Типоразмер	5006
Номинальная выходная мощность, кВА	7,6
Максимальная мощность двигателя, кВт	4,
Номинальный выходной ток, А	10
Максимальный кратковременный ток, А	16
КПД, %	96
cosφ	0.98

 

1.3 Выбор аппаратуры управления и защиты

1.3.1 Аппаратура управления

 

Для управления АД воспользуемся контроллером ADMC401 (motor controller) со следующими параметрами:

• Объем адресуемой памяти: 16 MB
• Ускорение 32-бит операций с использованием аккумулятора/регистра: 
  - 32 бит x 32 бит 
  - 16 бит x 16 бит 
  - 32 бит / 16 бит
• Система прерываний с девятью приоритетными уровнями
• Доступные размеры блока памяти составляют 64КВ, 128КВ, 256КВ, 512КВ
• Блоки разделены на раздельно стираемые сектора
• Контроллеры поддерживают программированиес помощью Embedded AlgorithmTM
• Не требуется дополнительное напряжение для программирования
• 10000 циклов стирания.
• гарантированное время хранения данных 10 лет.
• Программирование тремя методами: 
  - обычным программатором 
  - с помощью последовательного порта в готовом устройстве 
  - запись flash с помощью программного загрузчика пользователя

1.3.2 Аппаратура защиты

 

В качестве устройство защиты трехфазной цепи будем  использовать автоматический выключатель  QF для защиты электрической схемы от токов короткого замыкания.

 

Для отдельного электроприемника [4]:

1.

2.

 Выбираем автоматический выключатель типа ВА51Г-31, у которого Автоматические выключатели серий ВА51Г служат для пуска, останова и защиты АД от токов перегрузки и токов КЗ. Автоматы имеют один замыкающий и один размыкающий контакты или два замыкающих контакта, а также независимые и минимальные расцепители напряжения.

Выбираем пакетный выключатель типа ПВ2 со следующими техническими характеристиками: ,

 1.4 Расчет и выбор типа и сечения кабеля сети высоко напряжения

 

В распределительных  сетях до 1000 В выбор сечений питающий линий производится по длительно допустимой нагрузке:

 

 

где k_з = 1 – коэффициент защиты, для сетей требующей защиты от перегрузки, находящийся в нормальном помещении и имеющих изоляцию из резины или аналогичную по тепловым характеристикам.

      k_прок = 1 – поправочный коэффициент зависящий от количества параллельно прокладываемых кабелей.

Выбираем  кабель марки АПВ-3 (1х2,5) с I_доп = 19 А.

1.5 Расчет энергетических показателей электропривода

 

Коэффициент полезного действия электропривода:

_{где ηдв – КПД двигателя, равный 82%;}

      _{ηдв – КПД преобразователя частоты, равный 96%.}

_{Коэффициент мощности электропривода принимаем равным коэффициент мощности преобразователя  частоты:}

 

2 Расчет статических и динамических характеристик для разомкнутой системы регулируемого электропривода

2.1 Расчет естественных ω = f(I), ω = f(M) характеристик регулируемого электропривода

Для расчета механических и электромеханических характеристик  произведем расчет параметров схемы  замещения [5].

Ток холостого хода асинхронного двигателя:

                    

где - номинальный ток статора двигателя;

- ток статора двигателя при частичной  загрузке;

- коэффициент мощности при  частичной загрузке;

- коэффициент загрузки двигателя;

Критическое скольжение:

 

где β = 0,6 – 2,5, принимаем b = 1,3.

Определяем коэффициент:

Активное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора асинхронного двигателя:

 

Активное сопротивление  обмотки статора:

Определим параметр g, который позволит найти индуктивное сопротивление короткого замыкания :

Тогда

Индуктивное сопротивление  роторной обмотки, приведенное к  статорной:

Индуктивное сопротивление  статорной обмотки может быть определено по следующему выражению:

ЭДС ветви намагничивания E_m, наведенная потоком воздушного зазора в обмотке статора в номинальном режиме:

Тогда индуктивное сопротивление  намагничивания:

Электромеханическая характеристика АД I'₂=f(ω):

,               

где ω₀ = π∙n₀/30 = 3,14∙1000/30 = 104,7 с^-1 – синхронная угловая скорость двигателя.

Таблица 7 – I'₂ =f(ω)

ω, с-1	137	120	113	104,7	92	81	60	41	0
I'2, A	43,11	24,76	13,35	0	15,51	23,89	32,46	36,33	40,3

 

Рисунок 9 –  Естественная электромеханическая характеристика I'₂=f(ω)

Электромеханическая характеристика АД I₁=f(ω):

              

где

Таблица 8 – I₁ =f(ω)

ω, с-1	139	120	113	104,7	95	87	61	37	0
I1, A	45,16	25,31	14,01	4,05	13,17	20,35	32,81	37,62	41

Рисунок 10 – Естественная электромеханическая характеристика I₁=f(ω)

 

Механическая характеристика АД M=f(ω):

              

Таблица 9 – M =f(ω)

ω, с-1	135	117	110	100	88	73	56	38	0
M, Н∙м	-250,39	-138,43	-55,75	38,74	91,91	105,66	98,99	87,51	67,6

 

Рисунок 11 – Естественная механическая характеристика М=f(ω)

2.2 Расчет искусственных (регулировочных) характеристик ω = f(I), ω = f(M) регулируемого электропривода для заданного диапазона регулирования скорости

 

При частотном  регулировании скорости выбираем следующий  закон управления:

при следующих  значениях частот напряжения обмотки  статора:

Относительное значение частоты питающей сети:

Фазное напряжение обмоток статора асинхронного двигателя:

Синхронная  угловая скорость:

где z_p – число пар полюсов.

Механическая  характеристика асинхронного двигателя  при переменных значениях величины и частоты напряжения питания:

При подстановке численных значений параметров схемы замещения асинхронного двигателя для частоты f_1н=50 Гц:

Таблица 10 – M =f(ω)

50 Гц	ω, с-1	104,7	102,93	97,41	83,61	72,68	61,64	32,2	0
	M, Н∙м	0	16,01	55,19	98,91	104,25	100,45	82,01	65,41
40 Гц	ω, с-1	83,78	81,88	76	63,83	55,09	38,87	23,35	0
	M, Н∙м	0	16,65	55,34	89,58	94,48	89,38	80,38	67,79
30 Гц	ω, с-1	62,83	60,84	57,5	45,2	36	26	16,22	0
	M, Н∙м	0	17,1	39,41	76,23	81,03	78,9	74,35	66
5 Гц	ω, с-1	10,47	10	9,66	8,51	7,48	5,41	4,14	0
	M, Н∙м	0	3,47	5,53	10,67	13,52	16,39	17,09	17,08

Рисунок 12 – Механические характеристики М=f(ω) при частотном регулировании скорости с законом регулирования U_1j/f_1j=const