Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Научная статья на тему «Асинхронные частотно-регулируемые электроприводы для систем энергосбережения»

Введение. В современных производственных механизмах, особенно в гибких производственных системах (ГПС), электропривод является одним из элементов, определяющих технологические возможности и надежность функционирования механизмов. Благодаря простоте и надежности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (АД), как за рубежом, так и в нашей стране все более широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства находят частотно-регулируемые электроприводы.

Помощь в написании статьи

Ранее в основном использовали тиристорные электроприводы на базе двигателей постоянного тока (ДПТ), с простой схемой управления, хорошими статическими и динамическими показателями. ДПТ, с высоким быстродействием регулирования скорости. Но щеточно-коллекторный узел ДПТ состоит из большого количества медных сегментов, разделенных тонким слоем изолирующего материала, например, слюды. Такая конструкция требует тщательного изготовления, трудоемка в изготовлении. Износ щеток и коллектора усиливается при искрении, а диэлектрические свойства слюды ограничивают напряжение меду сегментами. Ток якоря и его приращение имитируется условиями коммутации. Ротор  АДКЗР имеет короткозамкнутую обмотку, изготавливаемую литьем. Стержни обмотки не требуется изолировать от пластин сердечника ротора: АД с беличьей клеткой имеют малый момент инерции и могут длительно работать при высоких температурах и скоростях вращения без профилактики. Такие АД значительно дешевле ДПТ с такими же значениями мощности и скорости. Их удельная мощность (отношение мощности АД с беличьей клеткой и его массе) в два раза больше, чем у ДПТ.

Очевидна и меньшая величина ущерба от простоя и ремонтов, особенно в дорогостоящих ГПС, из-за простоты АД, чем при применении ДПТ.

Благодаря простоте и надежности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (АД) все больше распространяют в системах энергосбережения частотно-регулируемые электроприводы (ЧРЭП), в том числе выполненные на базе АД и преобразователей частоты. Например, разработанные во ВНИИР тиристорные асинхронные электроприводы серии ЭТА1-01 [1], на базе трехфазно- двухфазных преобразователей  частоты с непосредственной связью (НПЧ) и двухфазных асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором высот оси вращения от 112 до 355 мм (в дальнейшем «электроприводы»), предназначенные для использования в различных производственных механизмах охватывают диапазон мощностей 3,0…265 кВт при номинальных скоростях вращения 1000 и 2000 об/мин.

Электроприводы обеспечивают следующие режимы работы:

· пуск до заданной скорости с регулируемым темпом разгона;

· плавное регулирование скорости от нуля до номинальной скорости при работе «Вперед» и «Назад»;

· рекуперативное с регулируемым темпом торможения;

· реверс с любой скорости.

Питание электроприводов осуществляется от трехфазной промышленной сети переменного тока напряжением 380 В частоты 50 Гц — для нужд народного хозяйства.

Применение двухфазного двигателя с короткозамкнутым ротором вместо традиционного трехфазного позволило дополнительно улучшить технико-экономические показатели ЧРЭП с НПЧ, поскольку при этом незначительном ухудшении показателей двигателя (снижение момента на 3—10 %) существенно почти в полтора раза упрощается силовая  часть и система управления НПЧ с соответственным повышением надежности [1].

При выборе целесообразного построения асинхронного частотно- регулируемого электропривода, определения областей рационального применения ЧРЭП и рассмотрения конкурентоспособности был сопоставлен весь комплекс показателей с коэффициентами их относительной весомости, а именно технико- экономические показатели (включая массогабаритные); энергетические; динамические; эксплуатационные; надежность и другие.

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Электроприводы ЭТА1-01 мощностью до 30 кВт обеспечивают полосу пропускания частот при отсутствие дополнительных моментов инерции и при задающем напряжение, соответствующем линейной области, не менее 20 т Гц. Для электроприводов ЭТА1-01 мощностью более 30 кВт и для электропривода ЭТА1-02 полоса пропускания частот не лимитируется.

Рисунок 1.Схема силовой части электропривода

Электропривод тиристорный асинхронный серии ЭТА1-01 на базе тиристорного преобразователя частоты с непосредственной связью и двухфазного асинхронного двигателя типа АДЧ или АИФ.

Электропривод (рис 1, 2) на базе трехфазно-двухфазного преобразователя частоты (ПЧ) реализует частотно-токовый способ управления  и принцип ориентации системы координат двигателя путем задания угла поворота ее осей относительно ротора двигателя [1, 2, 4].

Силовая схема ПЧ состоит из двух реверсивных тиристорных преобразователей постоянного тока типа ТП1 и ТП2 с раздельным управлением комплектами вентилей. Статорные обмотки асинхронного двигателя М питаются от автономных преобразователей, гальванически развязанных друг от друга.

В систему управления электропривода входят: задатчик интенсивности ЗИ, предназначенный для формирования темпа разгона и торможения двигателя; ПИ-регулятор скорости РС; координатный преобразователь КП, предназначенный для задания синусоидальных токов в обмотках двигателя; узел «напряжение-частота» УНЧ, предназначенный для преобразования аналогового реверсивного выходного сигнала регулятора скорости ωsUрс в положительные прямоугольные импульсы с частотой следования, пропорциональной частоте скольжения ротора двигателя; узел формирования узких импульсов УФИ, выполняющий преобразование выходных импульсов УНЧ и импульсов датчика положения ДПР (fос) в сдвинутые по времени друг от друга  синхронизированные импульсы ωри и ωsи; узел направления вращения УНВ и узел логики УЛ, формирующие в зависимости от знаков аналоговых сигналов ωs и ωр команд «вперед» или «назад», определяющих режим работы электропривода (двигательный или тормозной) и формирующих команды на пропускание на входы счетчика генератор синусоидальных колебаний ГСК суммы и разности импульсных сигналов ωsи и ωри; генератор синусоидальных колебаний ГСК, преобразующий импульсные сигналы ω1и в синусоидальные кодовые сигналы

Рисунок 2. Система управления электропривода

sinω1t и cosω1t с помощью которых модулируются опорные сигналы   в КП; два пропорциональные регулятора тока РТ1–РТ2; датчики тока ДТ1, ДТ2; нелинейные звенья (НЗ1, НЗ2), поддерживающие постоянство коэффициента усиления тиристорных преобразователей (ТП1, ТП2) в режимах непрерывного и прерывистого токов; функциональный преобразователь э.д.с. ФПЕ1, ФПЕ 2, компенсирующие нелинейности характеристик ТП. Системы НЗ и ФПЕ образуют адаптивное устройство,  линеаризующее структуру электропривода и улучшающее его динамические характеристики; формирователи э.д.с. ФЕ1 и ФЕ2, формирующие синхронизированные с активной составляющей тока статора синусоидальные сигналы е1, е2; датчики проводимости вентилей ДПВ1 и ДПВ2, обеспечивающие переключение блоков логики ЛУ1 и ЛУ2 только при отсутствии токов в цепях статора; системы импульсно-фазового управления (СИФУ), преобразующая управляющее напряжения системы автоматического регулирования электроприводом, в последовательность прямоугольных управляющих импульсов соответствующей фазы. СИФУ, состоящая из управляющего органа УО1, формирователя импульсов УФИ1 и ключей В1, Н1, выполнена по вертикальному принципу.

Работа схемы осуществляется следующим образом: задающее воздействие через ЗИ поступает на вход регулятора скорости РС, где сравнивается с сигналом обратной связи по скорости ωр, снимаемым с тахогенератора BR. Регулятор скорости РС формирует аналоговый сигнал задания ωs, пропорционально которому задается приведенный к статору ток ротора   и Iμ в сигналы задания синусоидальных токов i=iα и i=iβ, поступающих на входы регуляторов тока РТ1 и РТ2.

УНЧ преобразует аналоговый сигнал задания частоты скольжения ωs РС в прямоугольные импульсы с частотой следования, пропорциональной частоте скольжения ротора двигателя. Узел сложения-вычитания УСВ на основе информации о частоте скольжения ωsи и частоте вращения ωри, а также информации узла логики УЛ формирует сигнал задания скорости ротора ω1и. Если знаки этих сигналов совпадают, то узел логики УЛ выдает в УСВ команду на сложение импульсных сигналов, т.е. , что соответствует двигательному режиму работы. Если знаки ωsи и ωри не совпадают, то в УСВ происходит вычитание импульсных сигналов ωsи и ωри и двигатель  переходит в тормозной режим работы.

Направление вращения вектора поля статора задается в узел логики УЛ в зависимости от знаков аналоговых сигналов ωs, ωр. Каналы управления тиристорными преобразователями ТП1 и ТП2 полностью аналогичны друг другу. Рассмотрим один из них. На входе П-регулятора тока РТ1 осуществляется алгебраическое сложение сигнала задания синусоидального тока iа и сигнала отрицательной обратной связи, формируемого задатчиком ДТ1 и ПХ3. Выходное напряжение РТ1 поступает на вход НЗ1, имеющего характеристику обратную регулировочной характеристике преобразователя в зоне прерывистых токов, что обеспечивает постоянство общего коэффициента передачи ТП1 в режимах непрерывного и прерывистого токов.

Формирователь э.д.с. ФЕ1 и функциональный преобразователь ФПЕ1 с арксинусной характеристикой компенсируют нелинейность характеристики «вход-выход» тиристорного преобразователя ТП1. Далее сигнал поступает на ПХ1 и на СИФУ (управляющий орган 1 УО1, УФИ1 и ключи В1, Н1), которая подает команду на открывание  тиристоров.

Диапазон регулирования скорости электроприводов ЭТА1-02 для производственных механизмов, не требующих широкого регулирования скорости, не более 1:10, но более высокая надежность по сравнению с электроприводами ЭТА1-01 из-за отсутствия датчика ПДФ-9 на валу двигателя. Тиристорные блоки обеих модификаций электроприводов имеют одни и те же конструкции, меняются лишь две платы системы управления.

Как правило, во многих отраслях народного хозяйства, в т. ч. жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ), установлены электродвигатели с большим запасом по мощности в расчете на максимальную производительность оборудования, несмотря на то, что часы пиковой нагрузки составляют всего 15—20 % общего времени его работы. В результате электродвигатели с постоянной скоростью вращения потребляют среднесуточно значительно, иногда до 60 %, больше электроэнергии, чем это необходимо.

Оценка мировой и отечественной практики показывает, что наибольший экономический эффект при реализации программ энергосбережения дает использование асинхронных электроприводов (55—60 %  всей потребляемой энергии) в отраслях промышленности (прессы, станки, электротранспортеры и конвейеры, печи, мельницы и др. и коммунального хозяйства.)

Наиболее дающим большую экономию электроэнергии способом (до 30—50 %) является оснащение АД частотными преобразователями, позволяющими регулировать частоту их вращения в зависимости от реальной нагрузки [3].

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

В жилищно-коммунальном хозяйстве это:

·насосы холодной и горячей воды в центральных тепловых пунктах;

·насосные установки водоканальных и тепловых сетей и очистных станций;

·компрессоры, вентиляторы, кондиционеры, установленные в зданиях.

В топливно-энергетическом комплексе:

·буровые установки, насосы нефтеперекачки;

·экскаваторы, электротрансмиссии мощных карьерных самосвалов, карьерные дизель-троллейвозы, транспортеры и конвейеры, дробилки и мельницы, шахтные подъемные машины и шахтный электротранспорт;

·насосные и вентиляторные установки ТЭС, ТЭЦ, РТС и котельных, насосные установки тепловых сетей и др.

В целом электродвигатели мощностью до 100 кВт составляют ~ 90 % и потребляют 90 % электроэнергии, преобразуемой в механическую.

Следующее достоинство регулируемого электропривода — это  снижение эксплуатационных затрат (снижение величины пусковых токов, исключая вредное их воздействие на питающую сеть; исключение из работы дросселей, заслонок, различных клапанов, гидроударов в гидравлической сети, плавным изменением подачи воздуха в вентиляторах и др.; увеличение срока службы вращающихся частей, со значительным снижением эксплуатационных расходов и возможности аварий оборудования.)

Разработка и внедрение регулируемого электропривода является одним из самых перспективных и экономически оправданных направлений из всех энергосберегающих технологий и обеспечит в народном хозяйстве экономию энергоносителей (от общего потребления): электроэнергии до 15—20 %, воды питьевого качества до 10—12 %, топлива — 8—10 % и экономию денежных средств за счет уменьшения потребления энергоносителей. Сроки окупаемости внедрения регулируемого электропривода менее одного года.

Впервые разработанные электроприводы на базе двухфазных асинхронных двигателей с непосредственными преобразователями частоты имеют технические характеристики, близкие электроприводам постоянного тока, внедрены кроме вышеперечисленных областей, в  областях, где не могут использоваться двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели с фазным ротором (предприятия мукомольной, химической, текстильной и др.)

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Цена статьи

Список литературы:

1.Алексеев В.А., Горчаков В.В., Гудков И.И., Чернов Н.П. Электроприводы тиристорные асинхронные серии ЭТА1-00. (Отраслевой каталог) М.: Информэлектро, 1998 г.

2.Алексеев В.А. и др. Частотно-регулируемые электроприводы на базе двухфазных асинхронных двигателей и преобразователей. М.: Электротехника, — № 5, — 1989.

3.Алексеев В.А., Артемьев В.С. Энергосберегающие технологии для автотранспортной отрасли. Чебоксары, Волжский филиал МАДИ, 2012. — 192 с.

4.Алексеев В.А. Электроприводы асинхронные в системах энергосбережения//Сборник материалов VI научно-практической конференции «Дорожно-транспортный комплекс: состояние, проблемы и перспективы развития». Чебоксары, Волжский филиал МАДИ, 2012. — С. 125—131.

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Поставьте оценку первым.

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

761

Закажите такую же работу

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке