Электропривод вентилятора

.

 

(7.1.6) Уравнение для критического скольжения:

 

,

 

где λм - кратность максимального момента, λм=2,3.

 

.

 

(7.1.7) Ток намагничивания Iµн:

 

, А

 

(7.1.8) Приведенный ток ротора:

 

;

=65,72 А

 

(7.1.9) Сопротивление статора:

 

;

=1,23 Ом

 

(7.1.10) Приведенное сопротивление ротора:

 

;

=1,379 Ом

 

(7.1.11) Индуктивное сопротивление контура намагничивания:

 

=143 Ом

 

Индуктивное сопротивление ротора:

(7.1.12) С помощью критического скольжения найдем :

 

;

=23,62 Ом

 

(7.1.13) Реактивное сопротивление статора:

 

;

=11,35 Ом

 

(7.1.14) Реактивное сопротивление ротора

 

;

=11,81 Ом

 

(7.1.14) Номинальный момент АД:

 

Мн= 4065 Нм

 

(7.1.15) Критический момент:

 

Мкр=4810·103 Нм

 

На основании полученных результатов проводим расчет статических и энергетических характеристик.

(7.2.1) Расчет статических характеристик

Закон частотного управления который определяет соотношения между частотой и напряжением в зависимости от характера технологической нагрузки:

 

.

- относительное напряжение;

- относительная частота;

- относительный момент;

 

Для приводов с насосной нагрузкой : , тогда закон частотного управления будет иметь вид

Принятыми допущениями обусловливается постоянство сопротивлений схемы замещения при данной частоте. Индуктивные сопротивления соответствуют частоте ХХ.

Параметр абсолютного скольжения, или относительная частота ротора - отношение абсолютного скольжения к синхронной скорости при номинальной частоте (7.2.2):

 

 

Параметр используется вместо скольжения s и связан с ним соотношением (7.2.3):

 

 

Коэффициент рассеяния соответственно для статора и ротора (7.2.4):

 

 

Общий коэффициент рассеяния (7.2.5):

 

 

Кроме того, введём обозначения (7.2.6):

 

; ; ;

 

Анализ и расчёты установившегося режима проводятся в действующих значениях величин.

Для дальнейших расчетов примем обозначения (7.2.7):

 

;

 

Для каждой из рассчитываемых величин задаются несколько значений и изменение

Из расчёта схемы замещения получаем электродвижущую силу

 

 

Поток в воздушном зазоре (7.2.8):

 

 

Ток статора (7.2.9):

 

 

Приведенный ток ротора (7.2.10):

 

 

ток намагничивания (7.2.11):

 

 

Графики токов показаны на рисунках

 

Рисунок 4.1 - График изменения токов статора при частотном регулировании

 

Рисунок 4.2 - График изменения токов ротора при частотном регулировании

 

Рисунок 4.3 - График изменения токов намагничивания

 

8. Расчет механических  характеристик. Нагрузочные характеристики

 

Момент двигателя (8.1):

 

 

Нагрузочная характеристика определяется из выражений момента статического и угловой скорости (8.2):

 

 

При этом изменяется от 0 до 1

Механические характеристики и нагрузочная кривая, при частотном регулировании, изображены на рисунке 5.1.

 

Рисунок 5.1 - Механические и нагрузочные характеристики при частотном регулировании

 

9. Компьютерное  моделирование энергетических характеристик  частотно-управляемых электроприводов  в среде Matlab

 

В связи с широким внедрением в последние годы во всех отраслях промышленности частотно-регулируемых (ЧР) асинхронных электродвигателей и существующей проблемы энергосбережения, актуальной является задача оптимизации энергопотребления указанных приводов.

В первую очередь представляет интерес практическое решение задачи расчета энергетической эффективности электропривода по схеме преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ-АД), что требует предварительного создания математических и программно-ориентированных моделей расчета потерь мощности и коэффициента полезного действия (к. п. д.) в данном приводе.

Целью работы является исследование энергетических характеристик системы ПЧ-АД путем виртуального моделирования, используя инструментальные средства наиболее удобной и популярной в настоящее время среды Matlab со своими пакетами расширения Simulink.

Разработанная модель (рис.1) представлена комплектным частотно-регулируемым асинхронным электроприводом переменного тока использованием оболочки Power system blockset программной среды Matlab.

Питание системы электропривода осуществляется от источника синусоидального напряжения (Source) через трехфазный силовой трансформатор (Transformer). Преобразователь частоты имеет двухзвенную структуру. На первой ступени происходит выпрямление переменного тока питающей сети в постоянный, на выходе неуправляемого выпрямителя (Rectifier). Силовой фильтр, состоящий из дросселя L и конденсатора C, уменьшает пульсации выпрямленного напряжения и ограничивает скорость изменения тока di/dt в аварийных режимах. На второй ступени с помощью трехфазного мостового автономного инвертора напряжения (Inverter) постоянное напряжение преобразуется в переменное, требуемой частоты и амплитуды. Управление силовыми (IGBT) - модулями автономного инвертора осуществляется методом широтно-импульсной модуляции блоком (PWM Generator). К входу и выходу преобразователя подключены фильтры (Series), уменьшающие его влияние на питающую сеть и асинхронный двигатель.

Вводимыми параметрами в модели каждого блока являются паспортные данные источника питания, трансформатора, фильтра, типа исследуемой машины, величины сопротивлений элементов системы. Описание элементов виртуальной модели приведено в табл.1.

Расчет параметров (R1, R2, R3), являющихся соответственно эквивалентным сопротивлениям трансформатора, выпрямительной и инверторной групп преобразователя частоты, осуществляется согласно методике. Расчет активного сопротивления ротора R4 и статора R5 асинхронного двигателя проводится согласно общепринятой методике. Коэффициент полезного действия электропривода определяется отношением механической мощности Р2, на валу асинхронной машины, к сумме механической мощности Р2 и суммарным потерям sP.

 

Рис.1. Схема виртуальной модели системы ПЧ-АД

 

Описание элементов виртуальной модели. Таблица 1

Элемент	Наименование и функции	Вводимые параметры
Source	Источник трехфазного синусоидального напряжения	Амплитуда, фазовый угол и частота фазного напряжения, внутреннее активное и реактивное сопротивление
Transformer	Трехфазный силовой трансформатор	Номинальные частота и полная мощность, параметры цепей
Series	Фильтр преобразователя частоты	Активное сопротивление и индуктивность
Rectifier	Трехфазный силовой неуправляемый выпрямитель	Тип моста, тип силового элемента, динамическое сопротивление диода, пороговое напряжение, параметры цепей
L	Индуктивный элемент	Величина индуктивности
C	Емкостной элемент	Величина емкости
Inverter	Трехфазный мостовой инвертор напряжения (силовой элемент - IGBT-транзистор)	Тип моста, тип силового элемента, параметры демпфирующих цепей, динамическое сопротивление, пороговое напряжение, постоянные времени
PWMGenerator	Блок управления автономным инвертором (генератор ШИМ-сигнала)	Несущая частота, коэффициент модуляции, модулирующая частота, начальная фаза модулирующего напряжения
АМ	Асинхронный двигатель	Тип ротора, номинальные мощность, напряжение и частота, параметры статора и ротора, момент инерции
AM demux	Блок вывода переменных асинхронного двигателя	Тип исследуемой машины, указание о выводе требуемых переменных
RMS	Блок определения действующего значения периодической величины	Значение основной частоты
Product	Блок определения алгебраического произведения сигналов	Число входов, тип сигнала
Scope, Multimeter	Блоки визуализации исследуемых параметров	Число входов, параметры отображения координат

 

В результате исследования модели получены временные зависимости токов статора, угловой частоты вращения ротора, электромагнитного момента и значения к. п. д. всей системы, показанные на рис.2.

 

Рис.6. Временные зависимости энергетических показателей системы ПЧ-АД

 

Как видно из графиков характер зависимостей отражает физическую картину изменения энергетических характеристик во времени, что существенно для анализа и оптимизации в требуемых режимах работы. Кроме того, модель позволяет определить долевые потери энергии на каждом участке системы.

Разработанная виртуальная модель может быть использована в процессе выбора и проектирования энергосберегающих электроприводов как в учебном процессе подготовки специалистов электротехнических специальностей, так и на производстве.

Выводы: в данном разделе была построена математическая модель двигателя в программном пакете MatLab. Вычислены необходимые коэффициенты модели для исследования динамических характеристик. Построены графики изменения скорости, момента, токов статора и ротора от времени t при Мс=0 и при Мс=Мн.

 

Заключение

 

Энергосбережение, увеличение производительности, повышение конкурентоспособности не возможно без применения современного комплектного автоматизированного электропривода.

В настоящее время основным потребителем электроэнергии, порядка 80% от вырабатываемой электроэнергии, является электропривод.

Доля асинхронного электропривода, в приводе машин и механизмов, составляет порядка 75 % с тенденцией к постоянному увеличению.

Такая тенденция связана с тем, что с одной стороны, применение современных электропроводящих и изоляционных материалов в производстве асинхронных двигателей, позволяет повышать его энергетические характеристики, тем самым, обеспечивая экономию электроэнергии в традиционных областях применения асинхронных двигателей.

С другой стороны, современный уровень развития электроники, обеспечивший производство недорогих, надежных, быстродействующих, простых в эксплуатации преобразователей частоты, стал основой для внедрения регулируемого электропривода, позволяющего экономить электроэнергию, за счет более точного учета особенностей работы исполнительных механизмов и улучшения условий работы самого асинхронного двигателя. Развитые и разнообразные устройствами визуализации, возможность совместной работы с компьютером, обеспечивают удобную диспетчеризацию, учет и анализ потребления электроэнергии.

Простота ввода в эксплуатацию преобразователей частоты, позволяет заказчику частично или полностью автоматизировать свое производство своими силами (малыми затратами), т.е. значительно повысить производительность, снизить количество сотрудников и требуемого оборудования на единицу продукции.

Возможность быстрой настройки параметров (параметрирования), учета особенностей работы приводного механизма, интуитивно понятный интерфейс программного обеспечения, и возможность настройки режимов работы on-line с помощью программного осциллографа, позволяет разнообразить потребительские свойства производимого потребителем оборудования, т.е. значительно увеличить номенклатуру, производимого оборудования, и его конкурентоспособность.

Повышение конкурентоспособности, выпускаемой продукции

Рост стоимости энергоносителей, ужесточение экологических требований, повышение требований к потребительским качествам, делает экономически нецелесообразным покупать не автоматизированное оборудование.

Существенные преимущества автоматизированного электропривода:

экономия электроэнергии в циклических режимах;

повышение срока службы механических и электрических составляющих привода, за счет возможности задавать плавные режимы эксплуатации, без механических ударов и пиковых электрических нагрузок;

повышение гибкости производственных линий;

простотой интеграции нового оборудования в существующие технологические линии;

интеграции электроприводов в сети управления производством, с центральным компьютером сбора и анализа данных и удаленным доступом.

Все эти возможности легко могут быть реализованы применением комплектного автоматизированного электропривода (редуктор-двигатель-преобразователь частоты).

 

Список используемой литературы

 

1. 1980_Solomahova_T_S_Chebysheva_K_V_Centrobejnye_ventilyatory_Aerodinamicheskie_shemy_i_harakteristiki
2. Лезнов Б.С. Энергосберегательные и регулируемый привод вентиляторов и насосов
3. Справочник вентиляторов. Рысин С.А.
4. Соломакова Т.С. Расчет электропривода вентиляторов
5. Интернет: сайт http://www.twirpx.com/

Размещено на Allbest.ru