Электропривод вентилятора

 

Номинальное скольжение двигателя 4АМ132S4

 

 

Критическое скольжение двигателя

 

 

Критический момент двигателя

 

 

Для построения характеристики в координатах переходят от скольжения к числу оборотов на основании уравнения

 

n = n1 (1 - S)

 

Скольжением задаются в пределах от 0 до 1

Так для

 

S = 0 n = 1500. (1 - 0) = 1500 об/мин;

S = 0.1 n = 1500. (1 - 0.1) = 1350 об/мин;

S = 0.2 n = 1500. (1 - 0.2) = 1200 об/мин;

S = 0.3 n = 1500. (1 - 0.3) = 1050 об/мин;

S = 0.4 n = 1500. (1 - 0.4) = 900 об/мин;

S = 0.5 n = 1500. (1 - 0.5) = 750 об/мин;

S = 0.6 n = 1500. (1 - 0.6) = 600 об/мин;

S = 0.7 n = 1500. (1 - 0.7) = 450 об/мин;

S = 0.8 n = 1500. (1 - 0.8) = 300 об/мин;

S = 0.9 n = 1500. (1 - 0.9) = 150 об/мин;

S = 1 n = 1500. (1 - 1) = 0 об/мин.

 

При тех же скольжениях находим по формуле Клоса соответствующие им моменты:

 

S = 0 М = 0 кг. м

S = 0.1 кг. м

S = 0.2 кг. м

S = 0.3 кг. м

S = 0.4 кг. м

S = 0.5 кг. м

S = 0.6 кг. м

S = 0.7 кг. м

S = 0.8 кг. м

S = 0.9 кг. м

S = 1 кг. м

 

Пользуясь этими значениями переходим к построению естественной механической характеристики двигателя.

 

Рисунок 1: естественная механическая характеристика двигателя

 

5. Выбор преобразователя  частоты

 

При питании электродвигателя от преобразователя напряжение и частота регулируется плавно. Определение напряжения и частоты необходимы для работы двигателя в заданной точке, сводиться к уточнению возможности обеспечение преобразователя уровня напряжения и частоты при различных нагрузках и колебаниях напряжения питающей сети. При питании синхронного двигателя от преобразователя частоты в процессе преобразуется напряжение промышленной частоты. В напряжение регулировки амплитуды и регулировки частоты возникают потери напряжения и мощности преобразователя. Обычно преобразователь имеет внутреннее обратные связи, и при изменении нагрузки двигателя выходное напряжение и частота практически не изменяться. Поэтому в дальнейшем напряжение и частота на статоре электродвигателя будем сочетать независимыми от нагрузки. Синхронная скорость двигателя зависит от частоты питающей сети и числа пар полюсов.

 

 

Для устойчивой работы двигателя необходимо изменение частоты поддерживать перегружавшую способность двигателя, что обеспечиваться регулированием напряжения на статоре по различным законам. Зависимость от частоты и от характера изменения статического момента. Эти особенности необходимо учитывать при расчете частоты и амплитуды напряжения. Наиболее распространенный закон изменения амплитуды напряжения пропорционально частоте в виде закона:

 

U/f=const,

 

при таком законе максимальный момент постоянен и не зависит от частоты. Также не зависит от частоты:

 

.

 

Это позволяет в расчетах использовать прием параллельного переноса естественной механической характеристики. При этом естественная характеристика перемешаться вдоль оси "w" и устанавливаться в т. Wзад, Mзад.

(5.1): Из паспортных данных преобразователей частоты следует, что:

 

 

(5.2): Номинальный ток преобразователя частоты должен быть не менее:

 

 

По IПЧ выбирается преобразователь частоты

Е2-8300-010H, P =12,5 кВт, в количестве 1 штуки

По каталогу Iном = 17,5 А

С учетом требования тех. задания мощность преобразователя частоты должна превышать мощность двигателя на 20%.

Тогда (5.3):

 

 

Выбираем преобразователь частоты

 

Е2-8300-015H, P = 17 кВт, Iном = 25 А

 

Проверочный расчет из условия, что преобразователь частоты обеспечивает перегрузочный пусковой момент 170% от номинального.

(5.4) Мах. момент на валу двигателя

 

АИР 132 S4

 

Где Iном р. с. = 25 А - номинальный ток преобразователя частоты

Iном dv = 15,6 А - ном. ток двигателя

 

- условие выполняется

 

Окончательно выбираем преобразователь

 

Е2-8300-015H, P = 15 кВт, Iном = 25 А

 

Таблица №4: Характеристики преобразователя

Двигатель		Сеть				Altivar 61HD45N4
Р, кВт	л. с.	I, А		S, кВА	Iк. з. мах, кА	Iмах, А		Iперех.
		380 В	220 В			380 В	480 В
15	18	25	20	15	22--	94--	77--	112,8---

 

Применение

Преобразователь частоты Altivar 61 используется для трехфазных асинхронных двигателей мощностью от 0,75 кВт до 630 кВт.

Преобразователь используется для создания современных систем обогрева, вентиляции и

кондиционирования воздуха (HVAC) в промышленных и коммерческих зданиях:

вентиляция;

кондиционирование воздуха;

насосные агрегаты.

Преобразователь частоты Altivar 61 может уменьшить эксплуатационные расходы путем оптимизации потребления энергии, значительно повышая комфортность. Различные встроенные функции позволяют адаптировать преобразователь для использования в электрических установках, сложных управляющих системах и системах диспетчеризации инженерного оборудования здания.

При разработке преобразователя учитывалась необходимость электромагнитной совместимости и уменьшения гармонических составляющих тока.

В зависимости от характеристик, каждый тип (UL типа 1/IP 20 и/или UL типа 12/IP 54) либо имеет встроенные фильтры ЭМС класса A или B и дроссели звена постоянного тока, либо эти элементы доступны в качестве дополнительного оборудования.

Функции

Макроконфигурации и меню ускоренного запуска ПЧ Altivar 61 могут использоваться для быстрого запуска установок и моментальной настройки в дружественных пользователю диалоговых средствах.

Функции, разработанные специально для насосных и вентиляторных агрегатов

Энергосбережение, квадратичный закон по 2 или 5 точкам.

Автоматический подхват вращающейся нагрузки с поиском скорости.

Адаптация ограничения тока в зависимости от скорости.

Подавление шума и резонанса посредством частоты коммутации, которая, в зависимости от номинальной нагрузки, может быть установлена до16 кГц во время работы, и случайной модуляции.

Предустановленные скорости.

Встроенный ПИД-регулятор, с предустановленными значениями ПИД и режимом

автоматический/ручной (Auto/Man).

Счетчик наработки и энергопотребления.

Определение отсутствия жидкости, определение нулевой скорости потока, ограничение скорости потока.

Функция "сон", функция "пробуждение".

Клиентские настройки с отображением физических значений: бар, л/с.,°C.

Характеристики момента (типовые кривые)

Нижеприведенные кривые соответствуют установившемуся и переходному перегрузочным моментам для двигателя с естественной и принудительной вентиляцией. Различие заключается в способности двигателя продолжительно развивать значительный момент при скорости ниже половины номинальной.

 

 

Электропривод с разомкнутой системой

1. Двигатель с естественной вентиляцией: полезный установившийся момент (1)

2. Двигатель с принудительной вентиляцией: полезный установившийся момент

3. Перегрузочный момент в течение <60 c для ATV 61W

(UL типа 12/IP 54)

4. Перегрузочный переходный момент в течение y 60 с для ATV61HD45N4

(UL типа 1/IP 20)

5. Момент на скорости выше номинальной при постоянной мощности (2)

6. Выбор и расчет преобразователя  частоты

Преобразователь частоты (ПЧ) предназначен для одноступенчатого преобразования энергии переменного тока одной частоты в энергию переменного тока другой частоты.

Схема НПЧ представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 - Принципиальная схема ПЧ

 

Преобразователь состоит из 18 управляемых вентилей по 6 на фазу, в каждой фазе 6 вентилей объединены во встречно-параллельные группы с раздельным или совместным управлением. В основе каждой фазы преобразователя лежит трёхфазная нулевая схема выпрямителя. Каждая фаза состоит из двух встречновключённых выпрямителей. Группу из трёх управляемых вентилей, имеющих общий катод называют положительной, общий анод - отрицательной.

Вентильные группы могут управляться либо раздельно, либо совместно. По принципу действия каждая фаза ПЧ аналогична двухкомплектному реверсивному выпрямителю. При раздельном управлении управляющие импульсы подаются на вентили одной из групп в соответствии с желаемым направлением тока в нагрузке. При этом во избежание К.З. применяют специальные логические устройства, предотвращающие протекание тока в обеих группах. В преобразователях с совместным управлением необходимо предусматривать включение мощных реакторов, предотвращающих протекание уравнительных токов между вентилями каждой группы (что ограничивает их применение). Углы управления вентилями положительной и отрицательной групп изменяются по определённому закону, исключающему появление постоянной составляющей уравнительного тока.

В течении одного полупериода выходного напряжения преобразователя пропускают ток вентили положительной группы, другого полупериода - отрицательной. Выходное напряжение формируется из отрезков волн напряжения питающей сети. На рисунке 7 представлена диаграмма выходного напряжения при углах управления , . Выходное напряжение имеет прямоугольную форму.

Для получения напряжения близкого к синусоидальному изменяют угол управления во времени так, чтобы среднее значение выходного напряжения Uср. вых в течении каждого пол периода изменялось бы по синусоидальному закону.

Диаграмма, поясняющая работу ПЧ, представлена на рисунке 7.

Регулирование напряжения на выходе преобразователя достигается изменением угла управления, а необходимый фазовый сдвиг между фазами выходного напряжения достигается путём сдвига на указанный угол сигналов, управляющих изменением угла каждой из трёх фаз преобразователя.

 

Рисунок 2 - Диаграмма, поясняющая работу ПЧ

 

НПЧ могут выполняться с фиксированной выходной частотой или с регулированием по выходной частоте. При этом выходная частота зависит от длительности полупериода выходного напряжения и, соответственно, изменяется с помощью изменения длительности открытого состояния вентилей положительной и отрицательной групп. Нижний предел частоты выходного напряжения может быть практически равен нулю, что совершенно не сказывается на энергетических показателях привода. Верхний предел ограничивается отношением .

Это связано с тем, что увеличение частоты выходного напряжения выше указанных пределов приводит к резкому ухудшению формы UВЫХ (энергетические показатели снижаются).

Поэтому, в тех редких случаях использования ПЧ когда требуется регулирование вверх от основной скорости вращения применяют сетевое напряжение повышенной частоты.

Показатели качества регулирования скорости вращения:

направление: однозонное вниз от основной частоты;

экономичность высокая;

плавность: в нижнем диапазоне выше;

диапазон: ниже чем в других преобразователях за счёт отсутствия верхней части диапазона;

допустимая нагрузка: как правило ПЧ используются в приводах турбомеханизмов МС = f ; наиболее благоприятный закон управления:

 

.

 

стабильность высокая.

Достоинства и недостатки ПЧ:

К достоинствам этого типа преобразователей можно отнести:

однократное преобразование энергии (h = 0.97¸0.98);

возможность независимого регулирования амплитуды выходного напряжения от частоты;

свободный обмен реактивной и активной энергией от сети к двигателю и обратно (возможен вариант работы с опережающим cos j);

отсутствие коммутирующих конденсаторов, т.к. коммутация вентилей осуществляется напряжением сети

возможность получения практически синусоидального напряжения на выходе;

В последнее время наблюдается резкое увеличение области применения НПЧ, что связано с появлением современной электронной базы, которая имеет больший диапазон напряжений и мощностей и является полностью управляемой.

К недостаткам можно отнести:

ограниченную возможность регулирования выходной частоты при значении входной f = 50 Гц.;

большое количество силовых вентилей: динамические потери, сложная система управления.

невысокий cos j. Максимальное значение 0,8.

Преобразователь с промежуточным звеном постоянного тока позволяет регулировать частоту как вверх, так и вниз от частоты питающей сети; он отличается высоким КПД (около 0,96), значительным быстродействием, малыми габаритами, сравнительно высокой надежностью и бесшумен в работе.

Частотное регулирование скорости вращения асинхронных двигателей с использованием преобразователей частоты с широтно-импульсной модуляцией.

Принцип работы АИ с ШИМ удобно рассмотреть с помощью эквивалентной схемы (рисунок 9), где а - эквивалентная схема однофазного инвертора с синусоидальной ШИМ; б - график напряжения и тока регулируемой частоты в нагрузке при постоянной несущей частоте и неизменном выпрямленном напряжении на входе инвертора.

Здесь нагрузка включена в диагональ моста, образованного двумя источниками напряжения и полупроводниковым ключом, который переключается из положения 1 в положение 2 с высокой частотой fк, называемой несущей частотой коммутации. В общем случае напряжение на нагрузке, усредненной за период несущей частоты:

 

,

 

гдеτ - период несущей частоты, с.

Если при постоянной несущей частоте менять соотношение между Δt1 и Δt2 в соответствии с синусоидальным законом, то среднее значение напряжение на нагрузке также будет меняется по синусоидальному закону:

 

,

 

гдеws - круговая частота модуляции, рад/с;

μ - коэффициент глубины модуляции, который показывает, в каких пределах изменяются длительности интервалов коммутации в течение периода частоты модуляции.

Исходя из заданных параметров, выбираем преобразователь частоты РИТМ-Н-75/150-380-У3-IP20

 

7. Расчеты системы  ПЧ-АД

 

(7.1.1) Расчет схемы замещения

 

Рисунок 3 - Схема замещения асинхронного двигателя при частотном регулировании

 

Анализ характеристик АД при частотном управлении можно произвести, использовав Т-образную схему замещения (рис3.1).

(7.1.2) Скорость вращения на ХХ:

 

 об/мин

 

где р=2 - количество пар полюсов.

(7.1.3) Частота вращения на ХХ:

 

с-1

 

(7.1.4) Номинальная частота вращения:

 

с-1

 

(7.1.5) Номинальное скольжение: