ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
|
Рис. 2.4. Схема силовой структуры системы ТПН—АД |
Наиболее распространенная силовая структура ТПН—АД, схема которой приведена на рис. 2.4, состоит из шести тиристоров, включенных попарно встречно-параллельно в статорные цепи трехфазного асинхронного двигателя. Такой преобразователь предназначен для регулирования 1-й, или основной, гармоники питающего двигатель напряжения изменением угла открытия тиристоров а в диапазоне от ос = ф до а = 180°. В этом случае действующее фазное напряжение первой гармоники изменяется от их = их ном (где Uhi0M — действующее фазное номинальное напряжение питающей сети; ф — угол отставания тока от напряжения при синусоидальном питании) до U{ =
= 0 [6]. Частота переменного напряжения основной гармоники остается неизменной и равна частоте сети, т. е. f = /іном - При таком управлении синхронная скорость асинхронного двигателя и критическое скольжение не изменяются, но регулируется момент двигателя М = f(U).
Отметим, что работа асинхронного двигателя на регулировочных характеристиках при Ux < UXn0M происходит в режиме прерывистого тока. В этом случае в спектре несинусоидального периодического тока при соединении обмоток статора звездой без нулевого провода в периодическом несинусоидальном токе кроме основной гармоники присутствуют нечетные гармоники: 5-я, 7-я, 11-я, 13-я и т. д. При таком способе управления осуществляется дискретное воздействие на асинхронный двигатель и в течение периода питающего напряжения 0,02 с при/1ном = 50 Гц происходит чередование схем подключения статорных цепей двигателя к трехфазной питающей сети в следующей последовательности: трехфазное подключение, двухфазное подключение разных фаз, отключение всех фаз двигателя. В связи с этим даже в установившемся режиме наблюдаются пульсации момента двигателя с частотой 300 Гц (схема ТПН на рис. 2.4 имеет пульсность р = 6) и, если быть точным, статический режим представляет собой квазистатический, или установившийся динамический, режим.
Однако, как показано в [6], пульсирующая составляющая момента практически не оказывает влияния на колебания скорости и динамику электропривода и достаточно учитывать только гладкую составляющую момента, создаваемую основной гармоникой, т. е. средний момент двигателя на расчетном интервале Мср, который равен Мс. Высшие гармоники увеличивают потери в асинхронном двигателе, возрастание которых оценивается введением в расчетные формулы потерь коэффициентов кпХ и кп2.
Для точного анализа установившихся режимов нельзя пользоваться однофазной схемой замещения асинхронного двигателя для определения значения 1-й гармоники, удельного веса высших гармоник и коэффициента мощности асинхронного электропривода. Расчет указанных и других показателей может быть точно выполнен при использовании дифференциальных уравнений асинхронной машины (1.3) с учетом алгоритма переключения тиристоров при со = const и а = const.
При регулировании Ux за счет ТПН потери в элементах асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при работе в установившемся режиме определяются следующим образом [6]:
НОМ
|
|
| &Р, с=&Р1сммМс. + |
(2.19)
|
Рис. 2.5. Зависимость км = f(M) для двигателя МТ012-6 с закороченным ротором при со = 0,6(Оном |
В формулах (2.19) вместо скорости используется скольжение двигателя S = (со0 - со)/со0, что более целесообразно.
Значение км, определяемое из уравнения (2.5), может быть точно рассчитано только с применением ЭВМ при использовании математического описания асинхронной машины по уравнениям (1.3) и (1.4) с учетом алгоритма переключения тиристоров. На рис. 2.5 приведена зависимость км = f(M) для двигателя МТ012-6 с закороченным ротором при относительной скорости со — 0,6соном.
При рассматриваемом способе управления работа асинхронного двигателя на регулировочных характеристиках при уменьшении развиваемого момента (возрастании угла а) сопряжена со значительным снижением коэффициента мощности, так как с ростом а увеличивается фазовый сдвиг 1-й гармоники тока ф, и уменьшается cos фь входящий в формулу (2.5), но возрастает удельный вес высших гармоник тока, что приводит к снижению км. Этот факт и показан на рис. 2.5. При со = 0,6соном в диапазоне изменения момента от 0 до Мном асинхронный двигатель работает в зоне прерывистых токов.
При определении КПД электропривода в системах ТПН—АД можно не учитывать механические и дополнительные потери и потери в стали ротора ввиду их малости по сравнению с другими составляющими потерь. Тогда формула для определения КПД приобретает следующий вид:
Мс со
11' Мси, + АРы+АР2„+АР1с' (2-20)
При расчете ті по формуле (2.20) с использованием уравнений
(2.19) необходимо подставить в (2.19) значения S, соответствующие выбранной скорости.
2 Ьраслапский
|
Рис. 2.6. Зависимость КПД от скорости двигателя при управлении от ТПН для двигателя MTF111-6 с закороченным ротором |
На рис. 2.6 приведена зависимость КПД от скорости двигателя при управлении от ТПН для MTF111-6 с закороченным ротором. При расчете зависимости принято, что кп] = кп2 = к^ = 1,1; А = 0,861; В = 0,97.
Энергия потерь в установившихся режимах может быть определена с использованием формул (2.19) путем умножения мощности потерь ДРім, АР2ш АЛ с (при выбранной скорости со и соответствующем ей скольжении S) на время работы с установившейся скоростью /у.
Особенностью использования асинхронных короткозамкнутых двигателей в системах ТПН—АД является то, что относительные потери в роторе превышают относительные потери в остальных элементах машины [6]. Поэтому установленная мощность асинхронного двигателя (РНом) должна быть выбрана таким образом, чтобы во всем диапазоне регулируемых (пониженных) скоростей мощность потерь в роторе АР2м была меньше номинальной мощности потерь Д/гм. ном - Тогда для обеспечения нормального теплового режима двигателя необходимо, чтобы выполнялось следующее условие:
ДР2м < ДР2м. ном, (2.21)
из которого следует, что допустимый по нагреву относительный
момент двигателя Мдоп, = Мдоп/Мном при продолжительном режиме работы должен быть:
МдОП* = Маоп/Мном < SH0M/kl2S. (2.22)
Для иллюстрации степени снижения Мдоп* при регулировании скорости (скольжения) в табл. 2.1 приведены значения Мтп* при изменении скорости двигателя ОТ С0ном ДО 0 (скольжения от 5ном до 1). При расчетах принято значение к2 = 1,1; -5'ном= 0,04.
Из уравнения (2.22) и табл. 2.1 следует, что длительное регулирование скорости асинхронного электропривода в системе ТПН — АД при Мс = const практически невозможно, так как с возрастанием скольжения (при снижении скорости) по сравнению с но-
| Таблица 2.1 Зависимость относительного момента двигателя Млоп* от со/соном и S
|
минальными многократно возрастают потери в статоре и в роторе. В этом случае для обеспечения работы короткозамкнутого асинхронного двигателя без перегрева необходимо увеличение в несколько раз, а иногда и на порядок, номинальной мощности двигателя по сравнению с максимальной мощностью статической нагрузки [6]. С учетом ухудшения теплоотдачи самовентилируемых электроприводов при снижении скорости зависимость Мдоп* = f(S) будет еще менее благоприятной.
Зависимости ки = f(M) и г = /(со) (см. рис. 2.5, 2.6) также подтверждают низкую энергетическую эффективность регулируемых электроприводов по системе ТПН—АД, работа которых святна с повышенным расходом электроэнергии и низким КПД.
Однако существует ряд производственных задач, для решения которых по технологическим требованиям целесообразно применение систем ТПН—АД. В этих случаях их использование позволяет одновременно снижать потребление электроэнергии, выполняя функцию энергосбережения [6]. Варианты целесообразного применения систем ТПН—АД для управления асинхронным электроприводом в целях энергосбережения будут рассмотрены в гл. 3.
Точный расчет пускотормозных режимов и определение потерь энергии в переходных процессах в системах ТПН—АД нельзя выполнять по статическим зависимостям, так как электромагнитные переходные процессы вносят существенные коррективы в динамические характеристики асинхронных электроприводов и илияют на энергопотребление. Однако при использовании замкнутых по скорости САУ, когда обеспечивается равномерно ускоренное движение при разгоне электропривода и двигатель работает при £/j < £/1ном, что ослабляет влияние электромагнитных переходных процессов, можно для предварительных расчетов и с рп мнительного анализа с другими типами регулируемых электроприводов определять потери энергии с использованием формул (2.19) для расчета мощности потерь в отдельных элементах машины.
В этом случае, учитывая формулы (2.15) и (2.16), можно принять момент двигателя в переходном режиме постоянным и помучить выражения для энергии потерь при работе асинхронной
машины в двигательном режиме при реализации пускотормозных процессов в диапазоне изменения скорости от to = 0 до to = соу:
| (1-5у2)-Л5Н0М 1п5у ; |
|
|
coo - (oy
; Л/* — относительное значение момента двигателя
со0
в переходном режиме, М* = М/Мном (как было сказано выше, принимается, что значение М* = const).
Значение Мзависит от требуемого динамического момента Мтн, вида момента статической нагрузки (активный или реактивный) и определяется из тех же соображений, которые изложены в подразд. 2.2.
Общие потери энергии в двигателе в переходном режиме, реализуемом в системе ТПН—АД, определяются как сумма составляющих потерь, вычисленных по формулам (2.23):
+ А^іс.
Уточненный расчет переходных процессов и динамических механических характеристик асинхронного двигателя особенно в разомкнутых системах должен осуществляться с использованием системы дифференциальных уравнений асинхронной машины при переменной скорости вращения, алгоритма переключения тиристоров ТПН и временного закона изменения угла открытия вентилей а = /(/).
Математические модели систем ТПН—АД достаточно полно отработаны с применением аналоговых устройств [40, 70] и на основе ЦВМ с использованием методов численного решения нелинейных дифференциальных уравнений [50, 79]. Такие модели, в частности с цифровым имитационным моделированием, будут использованы при анализе возможностей направленного формирования пускотормозных режимов для получения желаемых динамических характеристик, при исследовании прямого пуска — при подключении асинхронного двигателя к номинальному напряжению сети, для оценки влияния Мс и / на вид динамических характеристик, для изучения возможностей энергосбережения в пускотормозных режимах при их направленном формировании по сравнению с прямым пуском, в частности при временном законе формирования C/j в переходных процессах.
Как было показано в подразд. 4.2.7, применение частотно-регулируемых электроприводов перемещения электродов в сочетании с системой управления, выполненной на современной элементной базе, может дать значительную экономию энергии на дуговых сталеплавильных печах. …
В последнее время наметилась тенденция к использованию в подъемно-транспортных механизмах частотно-регулируемых асинхронных электроприводов. Рассмотрим основные преимущества перехода к частотному регулированию на примере электроприводов козлового контейнерного крана типа ККК20-25-8.5-5 грузоподъемностью 20 …
5.3.1. Поршневые насосы и компрессоры Объектом модернизации является компрессорная станция сжатого воздуха, предназначенная для подачи сжатого очищенного воздуха давлением 7...8 атм на разные объекты. Компрессорная станция состоит из шести компрессоров …
msd.com.ua
Принципиальная схема системы изображена на рис.
Среднее значение выпрямленного напряжения ТП.
, где U2 – действующее значение фазного напряжение вторичной обмотки питающего трансформатора , m – число пульсаций выпрямленного напряжения; - угол задержки открывания тиристоров;Ud0 – максимальное значение среднего выпрямленного напряжения при =0.
Кривые выпрямленного напряжения с учетом явления коммутации вентилей, характеризуемой углам , изображены на рис
Статические механические хар-ки: Уравнения статических механических и электромеханических характеристик двигателя для режима непрерывных токов можно представить и в следующем виде:
Семейство статических механических характеристик при различных , изображено на рис. Это прямые, отсекающие на оси ординат отрезки, соответствующие скорости идеального холостого хода 
Причина возникновения прерывистых и уравнительных токов. в действительности при раздельном управлении комплектами вентилей или при питании от однокомплектного ТП в области малых нагрузок ток становится прерывистым, причем при Uy=0 и 
среднее значениеUd10.1.становится 
. Появляется зона прерывистых токов, она тем больше, чем больше угол. Появление зоны прерывистого токов обусловлено тем, что в определенные промежутки времени мгновенное значение выпрямленного напряжения преобразователя становится меньше встречно действующей ЭДС двигателя, и, как следует из уравнения равновесия ЭДС, разность Ud-e становится отрицательной. Ток должен изменить направление на противоположное. Но поскольку вентили обладают односторонней проводимостью, ток становится равным нулю. Вентили закрываются ток появляется вновь когда Ud станет больше е. При больших нагрузках несмотря на то, что в определенные промежутки времени мгновенное значение Ud становится меньше ЭДС двигателя, ток не прерывается, является непрерывным. Объясняется это тем, что при больших нагрузках запас электромагнитной энергии в цепи выпрямленного тока значительный. Возникающая при исчезновении тока ЭДС самоиндукции складывается с мгновенным выпрямленным напряжением ТП и в сумме они превышают ЭДС двигателя. Поэтому разность между этой суммой и ЭДС двигателя положительна и ток не прерывается. При малых нагрузках ЭДС самоиндукции оказывается недостаточной для поддержания тока и он прерывается.
Режимы работы, торможение, расчет механических хар-к, основные показатели. Переходу от режима непрерывного тока к прерывистому соответствует режим начально-непрерывного тока, являющегося граничным между двумя указанными. Величина граничного тока зависит от угла и параметров схемы. Граничные токи (моменты) лежат на дуге эллипса, смещенного по оси ординат на величину 
. Если двигатель питается от нереверсивного ТП, то система электропривода становится неполноуправляемой, ток протекает только в одном направлении. Соответственно этому механические характеристики во втором и третьем квадранте не существуют Двигатель в системе ТП – Д может работать во всех режимах. Двигательному режиму соответствует область в 1 и 3 квадратах, режиму динамического торможения соответствует характеристика, проходящая через начало координат при 
. Режиму противовключения соответствует область, заключенная между осью моментов и характеристикой динамического торможения. Режиму рекуперации соответствует область между осью ординат во 2 и 4 квадратах и характеристикой динамического торможения. Основнымспособом торможения в системе ТП – Д является торможение с рекуперацией энергии в сеть. Для рекуперации энергии в сеть необходимо преобразовать энергию постоянного тока, источником которой при >0 становится двигатель, в энергию переменного тока. Для этого ТП нужно перевести в инверторный режим. Для получения инверторного режима работы ТП необходимо, чтобы был больше 90, т.е. необходимо заставить преобразователь путем увеличения угла принудительно выпрямлять отрицательные полуволны питающего напряжения сети. Т.к. вентили обладают односторонней проводимостью, то для изменения направления потока мощности при неизменном направлении тока нужно изменить знак напряжения, т.е. необходимо заставить преобразователь принудительно выпрямлять отрицательные полуволны питающего напряжения, что и делается для осуществления рекуперативного торможения двигателя.
Переход преобразователя из выпрямительного в инверторный режим 
10.2.Расчет характеристик системы ТП-Д без обратных связей выполняется по уравнению механической характеристики 
; где
: Порядок расчета следующий: 1. Определяется эквивалентное сопротивление якорной цепи
, где Хmp, Rmp – индуктивное и активное сопротивления трансформатора приведенные к его вторичной обмотке. 
:
ЗдесьРк.з – потери к.з. трансформатора Вт; m1 – число фаз; Uк – напряжение к.з. трансформатора 
- коэффициент трансформации трансформатора. Сопротивление сглаживающего и уравнительного дросселей
;
, где
- падение напряжения на дросселях при номинальном выпрямленном токеIdн. 2.Определяется угол задержки открывания вентилей i , необходимый для обеспечения работы двигателя с установившейся скоростью с.i
Здесь
- ток статической нагрузки, которому соответствует приведенный момент
, определяемый по характеристикес=f(Mc) при данной ci 3. По уравнению рассчитываются статические механические характеристики
Основные достоинства системы ТП-Д:
Высокое быстродействие преобразователя, т.к. TП=0,01 с
Более высокий КПД по сравнению с системой ГД
Незначительная мощность управления
Большой срок службы
Малые габариты и вес преобразователя
Простота осуществления резервирования и взаимозаменяемости блоков и узлов ТП
При использовании нереверсивного преобразователя установленная мощность системы составляет ~ 2 Pдвиг, т.е. меньше, чем в системе ГД. При использовании реверсивного ТП она ~ равна мощности в системе ГД
Недостатки сиcтемы:
Уменьшение коэффициента мощности преобразователя при уменьшении скорости
Значительное искажение кривой тока, потребляемого преобразователем из сети
Неминуемые при регулировании угла колебания реактивной мощности, особенно при большой мощности электропривода, приводящие к колебаниям напряжения в питающей сети
studfiles.net
Главное предназначение тиристорного преобразователя организовать управляемое питание электродвигателя от сети однофазного трехфазного переменного тока.
Установка полупроводниковых элементов осуществляется на одной фазе или на трехфазном мосте.
Существует несколько вариантов комплектования моста – это: комбинация триодов или диодов, или исключительно из тиристоров. При создании моста только из тиристоров достигается получение преобразовательного устройства небольших компактных размеров.
Рис.№1. Мостовая схема постоянного тока для электродвигателя постоянного тока.
Тип тиристорных регуляторов приспособлен к осуществлению различных решений для совместного применения с двигателями постоянного тока, имеющими независимое возбуждение, кроме электродвигателей с постоянными магнитами, для которых не нужна отдельная цепь для возбуждения. В сочетании с реверсом электродвигателей они входят в группу устройств управления электродвигателями. Для двигателей постоянного тока использование тиристирных преобразователей сопряжено с рядом некоторых трудностей – это постоянное техническое обслуживание, заключаемое в периодической замене графитовых щеток и достижение высоких скоростей работы.
Использование преобразователей для двигателей, работающих от сети переменного тока, в частности, асинхронные двигатели представляется более надежным и рентабельным вариантом, чем использование двигателей постоянного тока.
Асинхронный двигатель обладает лучшей защитой от внешних воздействий и неблагоприятных погодных условий, преобладающее большинство двигателей обладает высокой степенью защиты IP55.
Для осуществления точностных и динамических характеристик, свойственных для оборудования, необходимо решение, которое позволит реализовать операции по управлению тиристорным преобразователем в полной мере. Это двухуровневая система управления.
Первый уровень – это программно-аппаратный способ. Он подразумевает использование специализируемого контроллера, второй относится к информационным уровням.
ТПН (тиристорный преобразователь напряжения) успешно применяется для низковольтных до 1000 кВ двигателей и для высоковольтных электрических машин с напряжением от 3,6 до 10 кВ. Широкое распространение таких машин является следствием их энергоемкости. Их мощность соразмерна с мощностью некоторых трансформаторных подстанций, поэтому устройства плавного пуска с использованием тиристоров весьма важное решение.
Рис. №2. Функциональная схема ПАД-В
Создание тиристорных преобразователей реализуется на базе концепции, главные аспекты которой – это:
Рис. №3. Высоковольтный тиристорный модуль ВТМ.
Модуль состоит из двух встречно-параллельных тиристоров, оборудованных охладителями, выравнивающими резистором R2, оптоуправляемыми моделями, формирователями тиристорных импульсов (ФИ). Дополнят конструкцию: датчики напряжения, температуры и синхронизации с оптическим выходом.
Главные схемы преобразователей на тиристорах – это: встречно-параллельная и перекрестная схема. Первая схема питается от общей обмотки трансформатора, перекрестная схема подразумевает питание каждой группы тиристоров от отдельной обмотки трансформатора. Существует раздельное управление, управляющие импульсы приходят только на работающую группу тиристоров, тиристоры с противоположной полярностью оказываются запертыми. Одновременная работа вентильных групп недопустима.
Для предотвращения неисправностей и аварийных ситуаций запрещено:
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
elektronchic.ru
Настоящим прорывом в области регулируемого электропривода стало появление силовых преобразователей частоты или как их именуют в профильной среде — частотников. Это открытие кардинально изменило подход в проектировании систем электроприводов. Если относительно недавно при проектировании сложных механизмов, где без точного регулирование параметров (скорость, момент) не обойтись, выбирались двигатели постоянного тока — ДПТ, то с появлением частотников привода переменного тока начали активно вытеснять двигатели постоянного тока из данных систем. Даже в тяговых электроприводах асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором вытесняет ДПТ последовательного возбуждения.
Содержание:
Техническое устройство, преобразующее переменное напряжения одной частоты на входе, в изменяющееся по определенному закону переменное напряжение, но уже другой частотой на выходе называется преобразователем частоты (ПЧ). Бывают двух типов:
Непосредственные – это реверсивный тиристорный преобразователь. Главное его достоинство в том, что он подключается напрямую в сеть без дополнительных устройств.
Двухзвенные – представляют собой транзисторный или тиристорный преобразователь. Но главное их отличие от непосредственных преобразователей в том, что для корректной и безопасной работы инвертора необходимо звено постоянного напряжения. Соответственно для подключения их к общепромышленным сетям необходим выпрямитель. Как правило изготавливаются комплектными (инвертор и выпрямитель поставляются вместе и работают от одной системы управления).
Двухзвенный или как его еще называют со звеном постоянного тока, созданный на базе АИН (автономный инвертор напряжения), содержит в комплекте выпрямитель и фильтр:
ЭМ – электрическая машина, АИН – автономный инвертор напряжения, Lф, Сф – индуктивности и емкости фильтра, fнз – задание частоты выхода инвертора, udз – задание выходного напряжения для выпрямителя, если используются управляемые выпрямители, СУВ, СУИ – системы управления выпрямителем и инвертором соответственно, uнз – задание выходного напряжения инвертора, В – выпрямитель. Пунктиром показаны связи, которые включаются в систему в зависимости от типа устройства.
Для улучшения качества энергии в звене постоянного напряжения и сглаживании пульсаций напряжения и тока используют L-C фильтр. Зачастую он имеют Г – образную схему включения, как показано выше. Также иногда используют фазовый сдвиг в цепи переменного напряжения путем включения обмоток трансформатора в треугольник и звезду:
Данная схема более дорогостоящая и может применяться только при использовании индивидуального трансформатора.
В данной системе выпрямитель может быть управляем или не управляем. Если он управляем, то функция регулирования напряжения ложится на него, если нет, то на АИН. Для рекуперации энергии в сеть выпрямитель должен быть полностью управляем и реверсивен (двухкомплектный). Управление частотным преобразователем производится импульсным методом. Самые распространенные методы это ШИР (широтно-импульсное регулирование) и ШИМ (широтно-импульсная модуляция).
Еще более широкое применение получили автономные инверторы тока (АИТ):
АИТ – автономный инвертор тока, СУИ, СУВ – системы управления преобразователями, УВ – управляемый выпрямитель, Lф – индуктивность фильтра, fнз – задание частоты выходного тока, іdз – задание выходного тока в звене постоянного тока.
В отличии от АИН, где регулируемой выходной величиной является напряжение, в АИТ регулируемой величиной является ток. Немаловажную роль в формировании выходного сигнала заданной частоты является частота коммутации транзисторов или тиристоров. Чем выше частота коммутации, тем лучше качество синусоиды на выходе частотника, но возрастают потери в преобразователе. Ниже приведен результат моделирования работы АИТ (на IGBT транзисторах) на активно-индуктивную нагрузку при различных частотах коммутации:
Частота коммутации 800 Гц
Частота коммутации 2000 Гц 
Частота коммутации 8000 Гц
Как видно из графиков уменьшение частоты коммутации очень плохо влияет на выходное качество тока. Поэтому для каждого устройства необходимо подбирать частоту коммутации частотника соответственно качеству выходного напряжения или тока. Для оптимизации данных процессов на выходе преобразователя частоты иногда ставят L-C фильтр, для сглаживания пульсаций токов и напряжений:
Как видим из схемы — последовательно подключают индуктивность, для сглаживания пульсаций тока, и параллельно емкость, для сглаживания пульсаций напряжения.
Также работа частотника генерирует высшие гармоники в питающей сети:
Ток двух фаз питающего напряженияДля уменьшения влияния высших гармоник на сеть используют фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ)
Ниже показаны принципиальные схемы преобразователей частоты.
Тиристоры VS1-VS6 выполняют роль выпрямителя. Транзисторы VT1-VT6 преобразуют постоянное напряжение в переменное заданной частоты. Диоды VD1-VD6 защищают транзисторы от перенапряжений, а также играет роль обратного выпрямителя при торможении машины. Транзистор VT7 выполняет роль ключа для резистора торможения Rб. При увеличении напряжения на емкости Сф выше заданного, транзистор VT7 открывается и вводится в работу тормозной резистор Rб, на котором рассеивается энергия переданная от электрической машины. При глубоком регулировании VD0 повышает коэффициент мощности выпрямителя.
Данный ПЧ не может рекуперировать энергию в сеть, а также насыщает выходное напряжение высшими гармониками и усложняет систему управления из-за необходимости управления УВ. При исполнении УВ двухкомплектным, рекуперирует энергию в сеть, но усложняет систему и делает ее более дорогостоящей. В настоящее время является устаревшим.
Диоды VD7-VD12 выполняют роль выпрямителя. Транзисторы VT1-VT6 преобразуют постоянное напряжение в переменное заданной частоты. Диоды VD1-VD6 защищают транзисторы от перенапряжений, а также играет роль обратного выпрямителя при торможении машины. Транзистор VT7 выполняет роль ключа для резистора торможения Rб. За счет использования ШИМ происходит регулирование амплитуды выходного напряжения и его частоты.
При использовании неуправляемого выпрямителя для торможения двигателя АИН переводится в режим управляемого выпрямителя, работающего таким образом, что напряжение на емкости Сф выше заданного, несмотря на уменьшение скорости вращения двигателя. При увеличении напряжения на емкости Сф открывается транзистор VT7 и энергия выделяемая электродвигателем гасится на тормозном резисторе.
Данный способ торможения получил названия инверторного торможения, хотя инвертирования на самом деле нет. Это связано с тем, что термин динамическое торможение для систем с асинхронным двигателем занят, под ним понимается пропускания постоянного тока через обмотки двигателя.
Главным недостатком такой системы есть отсутствие возможности рекуперировать энергию в сеть, но она получила широкое применение для систем, где не требуется частое торможение.
ОПН – обратимый преобразователь напряжения. В данной схеме имеется два ОПН. ОПН1 работает в выпрямительном режиме и передает энергию через ОПН2, работающий в инверторном режиме, к двигателю. При торможении ОПН2, подключенный к двигателю переходит в выпрямительный режим, а ОПН1, подключенный к сети, в инверторный режим. При этом происходит рекуперация энергии в сеть. Если задать схеме управления на входе cosφ = ± 1, то во всех режимах при регулировании и торможении двигателя из сети будет потребляться или в сеть будет отдаваться практически только активная мощность, а ток будет практически синусоидален, что определяет минимальное вредное влияние на питающую сеть. Эти преобразователи на сегодняшний день являются самыми близким к идеальным.
Ниже приведена функциональная схема данного устройства:
В схеме имеются следующие элементы: ОПН1, подключенный к сети, ОПН2, подключенный к двигателю, датчики тока и напряжения ДТ1 и ДН1 на стороне сети и ДТ2 и ДН2 на стороне постоянного напряжения. Требуемая мощность на стороне постоянного напряжения определяется измерением средних значений Ud и Id, а затем и мощности Pd с помощью вычислителя ВМ, куда поступают сигналы с ДН2 и ДТ2 через фильтр Ф. По действующему значению напряжения сети U1, определенному с помощью вычислителя напряжения ВН, и с учетом заданного угла φ1 определяется ток I1зад, обеспечивающий заданную мощность. Блок ФСН формирует синусоидальное напряжение, повторяющее напряжение сети, а блок «φ1» формирует заданную синусоиду с учетом фазового сдвига φ1. В блоке «ЗАД i1» формируется заданная синусоида тока. В модуляторе М она сравнивается с сигналом датчика тока ДТ1 i1, и формируются управляющие импульсы, которые через усилитель мощности УМ поступают на транзисторы. Блок НТ определяет направление тока (выпрямительный или инверторный режим). Блок выбора режима ВР в соответствии с сигналом от НТ задает угол φ1.
Преимущества двухзвенного рекуперирующего ПЧ: независимость выходной частоты от входной, возможность получения высокого коэффициента мощности на стороне сети. К недостаткам можно отнести: высокая стоимость, сложность системы управления.
Автономный инвертор тока, преобразовывает постоянный ток, подаваемый на его вход, в пропорциональный по величине переменный ток. Режим источника тока на входе обеспечивается за счет большой индуктивности L и применения токостабилизирующей обратной связи, поддерживающей заданное значение тока Idз. АИТ выполнен по схеме с отсекающими диодами. Рекуперация энергии при торможении в АИТ возможна при сохранении направления тока за счет сдвига токов и напряжений, т.е. переводом АИТ в режим выпрямления за счет сдвига управляющих импульсов относительно фазных ЭДС электрической машины.
Энергия, передаваемая от электрической машины на сторону постоянного напряжения, должна быть далее передана в сеть переменного напряжения. Для этого управляемый выпрямитель на входе ПЧ должен быть переведен в инверторный режим. При этом сохраняется направление тока и не требуется установка дополнительного комплекта вентилей. Схема применяется в двигателях достаточно большой мощности. Недостатками схемы являются ее не очень хорошие характеристики, поэтому она не является перспективной.
Появление запираемых тиристоров позволило улучшить характеристики ДПЧ на основе АИТ.
Формирование выходного тока осуществляется совместно управляемым выпрямителем и автономным инвертором тока.
Показана временная диаграмма, отражающая моменты включенного и выключенного состояний тиристора V1. На участке соответствующим зоне 2, ключ V1 включен постоянно, и ток сглаживающего дросселя непрерывно поступает в фазу А двигателя. Для формирования тока в зонах 1 и 3 необходимо соответствующим образом переключать тиристоры. Для обеспечения нарастания и спадания тока (зоны 1 и 3) обычно используется два метода – трапецеидальный и метод выборочного исключения гармоник.
При использовании первого метода моменты коммутации ключей АИТ определяются по пересечению линейно нарастающего сигнала и опорного сигнала пилообразной формы следующего с несущей частотой, при втором методе моменты коммутации ключей рассчитываются заранее исходя из условия подавления высших гармоник определенного порядка (5 и 7 и т.д.). В этой схеме улучшается синусоидальность тока, протекающего по фазам двигателя. Но сохраняются все недостатки, возникающие при питании от сети управляемых выпрямителей напряжения. Преобразователи частоты на основе инверторов тока наиболее применимы в электроприводе синхронных машин, где на выходе вместо автономного инвертора тока включается инвертор тока, ведомый электрической машиной.
Таким образом, на входе и на выходе ПЧ включаются однокомплектные рекуперирующие преобразователи (ОРП) на тиристорах. При этом ведомый инвертор полностью аналогичен выпрямителю, подключенному к сети. Коммутация вентилей ведомого инвертора осуществляется за счет ЭДС электрической машины.При низкой скорости вращения электрической машины эта ЭДС недостаточна для коммутации вентилей. Поэтому при пуске коммутация осуществляется путем прерывания тока в цепи постоянного тока включением и запиранием выпрямителя.
При использовании НПЧ напряжение из сети подается через управляемые вентили на двигатель. В каждой фазе НПЧ установлен реверсивный двухкомплектный преобразователь с совместным или раздельным управлением силовыми комплектами.
На рис. 1а приведена схема трехфазно-однофазного НПЧ на основе трехфазных нулевых схем. Он преобразует трехфазное напряжение в однофазное, но с регулируемой частотой.Комплекты В и Н переключаются, и на выходе получается двуполярное напряжение. Для управления преобразователями используют определенные законы управления — прямоугольный и синусоидальный. Если используют прямоугольный принцип управления, то алгоритм работы будет таков: при прохождении одной полуволны напряжения, на один из комплектов подаются управляющие импульсы с углом управления (углом задержки) a = const. Этот комплект будет работать в режиме выпрямителя, а затем с углом управления (углом опережения) b = a. Чтоб снизить ток необходимо перейти в инверторный режим (рис. 1 б). Для избежания короткого замыкания в самом инверторе необходимо чтоб ток снизился до нуля – это называется бестоковой паузой. После осуществления бестоковой паузы в работу включается второй комплект.
Если используют синусоидальное управление, то гладкая составляющая выходного напряжения должна изменятся по синусоидальному закону, для этого угол управления a непрерывно меняется (рис. 1 в).
Рисунок 1. Схема трехфазно-трехфазного НПЧ, выполненного на основе трехфазных мостовых схем. Ниже приведена схема.
Данный тип преобразователей не получил широкого применения из-за ряда недостатков при его применении. А это: невозможность полного регулирования выходной частоты (при использовании трехфазных мостовых схем диапазон регулирования 25-45 Гц, а при нулевых 15-45 Гц). Постоянная коммутация вентилей, что приводит к ухудшению коэффициента мощности, а также плохое качество выходного напряжения и большое влияние на питающую сеть.
Преимуществом можно признать то, что у таких преобразователей более высокий КПД, из-за однократного преобразования энергии.
Наиболее распространены преобразователи частоты на базе АИТ и АИН на IGBT транзисторах, в силу лучших показателей качества энергии на выходе преобразователя и их влияния на сеть.
elenergi.ru
|
⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 11Следующая ⇒
Цель работы: Исследование электромеханических свойств и характеристик асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором с тиристорным преобразователем напряжения. Соберите схему исследования асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором с ТПН (рис. 2.35). Фазы роторной обмотки машины переменного тока, используемой как трехфазный асинхронный двигатель Ml, замкнуты накоротко. Статорная обмотка двигателя Ml через выключатель А2, трехфазную трансформаторную группу и тиристорный регулятор напряжения A3 присоединена к выходу трехфазного источника G1. Обмотка возбуждения машины постоянного тока, используемой как нагрузочный генератор G3 с независимым возбуждением, присоединена к регулируемому выходу "ЯКОРЬ" источника G2, вход питания которого присоединен с помощью электрического шнура к одной из двух розеток "220 В ~" трехфазного источника G1. Якорная цепь генератора G3 присоединена к нагрузке А4Указатель частоты вращения Р1 присоединен к выходу преобразователя угловых перемещений G4. Ток и напряжение якорной цепи генератора G3 можно измерять амперметром Р2 и вольтметром РЗ.
Рис. 2.34. Схема исследования асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при совместной работе с преобразователем частоты 
Таблица 2.14.
2.2.7.1 Контрольные вопросы:
Лабораторная работа № 11 |
cyberpedia.su
Для стабилизации электрического тока используются различные устройства. Предлагаем рассмотреть, что такое электромашинный преобразователь частоты, как работает высоковольтный, тиристорный и однофазный прибор, его назначение, где можно купить, а также схема, как его сделать своими руками.
Простейший преобразователь напряжения тока или частоты (ПЧ) – это электромагнитный, электронный или электромеханический прибор, который преобразует переменный ток одной частоты в переменный ток другой. Устройство может также изменить напряжение, но для этого необходимо использовать специальные настройки и компоненты. На нашем рынке они представлены такими марками и типами как CSACS550, ACS800, Aqua, ATV, ATV312, ATV61, CIMR, Commander, Control, Cue, Drive, F740, Fdu40, Frenic, Frn, Fuji, Hvac, IC5, Innovert, Keb, L100, L200, L300p, Matlab, Micromaster, Mini, N100, N50, N700e, Nxs, Pr6000, Prostar, S11, Schneider, Sinamics, Smd, Unidrive, Vector, Vfs11, Winner, Yaskawa.
Фото — Цифровой преобразователь частотыПреобразователь напряжение-частота широко используется для того, чтобы сохранить энергию механических систем, к примеру, двигателя, насоса, вентилятора и т.д. Выбираются приборы в соответствии с кривыми двигателя для обеспечения оптимальной скорости и нагрузки, транзисторный преобразователь может помочь сэкономить энергию двигателя, снижая потери энергии и увеличивая КПД. Это достигается путем преобразования фиксированной частоты входящего переменного тока напряжения в постоянный ток, а затем, варьируя частоту переконвертировать его обратно в переменное напряжение, используя биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).
Бывают преобразователи высокой частоты таких видов:
В основном используется первый тип электропривода, т.к. он обеспечивает двойное преобразование частоты вращения двигателя, при этом контролируется как вход сигнала, так и выход. Рассмотрим подробнее их принцип действия.
Фото — Современные преобразователи частоты Преобразователь частоты для асинхронных двигателей работает путем преобразования входного синусоидального напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, а затем его изменения обратно в переменное напряжение. Это преобразование происходит с помощью либо кремниевых выпрямителей или IGBT-транзисторов. Напряжение постоянного тока включается с помощью транзисторов для создания постоянного выходного напряжения переменного тока (так называемый инвертор). Транзисторы могут включать и выключать питание, чтобы создать нужное напряжение сигнала тока, который обеспечивает питание двигателя. Частота, на которой происходит переключение (несущая), варьируется в зависимости от серии и компании, которой изготовлен преобразователь напряжения и частоты (Vacon, Mitsubishi, Toshiba, Altivar, FDU, Danfoss – Данфосс, Delta Hyundai, Emotron, ABB, Lenze, Hitachi, Siemens, Omron, Electric и т.д.)
Фото — Частотный преобразователь дельтаСтатический трехфазный ПЧ имеет шесть диодов в качестве мостового выпрямителя переднего плана, которые преобразуют переменный ток в постоянный. ПЧ может также иметь 12 диодов — два комплекта на фазу (2 × 2 × 3 = 12 импульсов), или 18 диодов — три набора на фазу (3 × 2 × 3 = 18 импульсов) и т.д. Один набор диодов подается от трансформатора дельта, чтобы создать фазовый сдвиг на стороне источника переменного тока между двумя выпрямителями, чем уменьшить гармонику и отразить сигнал назад к входу напряжения.
Основные характеристики:
Также существует двухзвенный преобразователь (ТТПТ, ТОШИБА, УХЛ4, ТПЧ, ТРИОЛ), матричный и векторный прибор, он состоит из ПЧ переменного тока и напряжения для создания нужной амплитуды. Обеспечивает пуск в течение 2 секунд от включения, дорогой, в последнее время теряет свою актуальность.
Этот ПЧ выполнен коммутацией естественного типа, оснащен отдельным источником напряжения с повышенной частотой. У него достаточно узкий круг использования, в основном это городские или квартальные электростанции.
В зависимости от области использования, нужно выбрать оптимальный преобразователь, иначе Вы не только переплатите за устройство, но и можете подвергнуть опасности жизни своих близких и работников.
Обязательно перед покупкой должна быть прочитана документация, проверена мощность и пропускные способности. Настройка и сборка преобразователей может производиться продавцом-консультантом непосредственно на месте покупки.
Фото — Двухзвенный преобразовательДля чего нужен преобразователь: для подключения и работы лифтов (ПЧВН, ППЧВ), регулировки частоты станочного двигателя (к примеру, VLT, VFD), автомобильного мотора (Мицубиси, Opel Omega – Омега) и т.д.
Предлагаем рассмотреть, как можно самому собрать и подключить простой самодельный инверторный преобразователь частоты для небольшого трехфазного электродвигателя в виде подробной инструкции.
Рассмотрим создание ПЧ на примере двигателя с частотой 400Гц и напряжением электрической сети 27 Вольт. Обмотки соединены в звезду, благодаря чему средняя точка каждой выведена наружу, это позволяет существенно упростить микросхему: нужно три выходных сигнала, и один выходной ключ на каждую из фаз. Электрическая схема подключения показана на фото ниже:
Фото — Схема подключенияДанное устройство состоит из таких компонентов: генератор, формирующий импульсы, ключи на составных транзисторах и электрического двигателя.
Фото — Частотный преобразователь схема 1Руководство, по которому можно подключить преобразователь частоты двигателя, имеет вид упрощенной схемы. На чертеже изображен двигатель, который управляется несколькими ключами. Механические контакты показаны как элементы полупроводникового типа. Питается двигатель при помощи постоянного напряжения. Естественно нельзя одновременно открывать нижние и верхние ключи, иначе произойдет короткое замыкание, и мощность ВПЧ потока упадет до нуля, чтобы это предотвратить, нужно подключить преобразователь таким образом, чтобы при открытии нижнего ключа верхний закрывался. Для осуществления такой технологии используются специальные контроллеры, образующие мертвую зону.
Временной интервал для мертвой зоны нужно рассчитать таким образом, чтобы гарантировать успешное закрытие всех транзисторов верхнего ряда, только тогда вероятность образования сквозных токов будет сведена к минимуму.
Ключами с гальванической связью управляет драйвер на составном резисторе, для этого часто устанавливают дополнительный оптрон для каждого ключа или канала (как и показано на схеме), эта деталь на данном чертеже выполняет роль еще одного инвертора.
Чтобы питать каждый драйвер, нужно использовать специальный выпрямитель, который в свою очередь, запитан от обмотки привода. Возможно, это является одним из недостатков схемы. Для управления длительности мертвой зоны данный преобразователь напряжения и частоты использует конденсатор.
Этот прибор относится к типу универсал, его можно подсоединять к любым двигателям, мощность которые не превышает 10 кВт.
Если ПЧ не работает на полную мощность, то рекомендуем проверить тормозной резистор для преобразователя частоты, в таблице ниже даны оптимальные показатели. В том случае, если данные Вашей детали не совпадают с ними, то необходима замена резистора:
Фото — Данные для тормозных резисторовСистема может дать сбой, если Вы выбрали очень мощный ПЧ для слабой сети. Дело в том, что большинство деталей преобразователя предназначено для постоянного напряженного состояния, если уровень сигнала не доходит до минимальных показателей ПЧ, то он не будет работать.
Есть два варианта:
Также можно попробовать поискать проблемы своими силами, при помощи мультиметра:
www.asutpp.ru
Использование регулируемых электроприводов позволяет более эффективно использовать имеющиеся энергоресурсы. Наиболее внедряемым типом регулируемого электропривода в последние время является частотно-регулируемый асинхронный (и синхронный) электропривод – система преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ-АД). Для решения отдельных производственных задач и энергосбережения находит применение система тиристорный преобразователь напряжения – асинхронный двигатель (ТПН-АД).
Система ТПН-АД состоит из тиристорного преобразователя напряжения (ТПН) и асинхронного двигателя (рис. 8.1). Она обеспечивает за счет регулирования по требуемому временному закону угла открытия тиристоров необходимый закон изменения во времени первой гармоники напряжения приложенного к двигателю: от минимального (нулевого) до максимального (номинального) значения.
Использование ТПН позволяет снизить энергопотребление недогруженного асинхронного двигателя при работе в зоне номинальной скорости, обеспечив его работу за счет ТПН на регулировочной (U1 < UН), а не естественной (U1 = UН) характеристике, где U1 – действующее значение первой гармоники напряжения, приложенного к двигателю; UН – действующее значение номинального напряжения сети.
Рис. 8.1. Схема силовой структуры системы ТПН-АД
Этот режим работы иллюстрирует рис. 8.2. Цифрой «1» обозначена естественная характеристика, цифрой «2» – регулировочная механическая характеристика при управлении от ТПН. Мн и Мс – номинальный момент двигателя и момент статической нагрузки; S1 и S2 – скольжение на естественной и регулировочной характеристиках при заданном Мс.
Время формирования питающего напряжения можно варьировать в широких пределах, к примеру, до нескольких минут. Системы плавного пуска позволяют ограничить до желаемого уровня моменты асинхронного двигателя в пусковых режимах, обеспечить управляемый («растянутый» во времени) пуск с заданным линейным и нелинейным темпом нарастания скорости, переходные процессы с постоянством тока статора (так называемую «отсечку по току статора»), значение которого может регулироваться.
Рис. 8.2. Естественная (1) и регулировочная (2) характеристики
асинхронного двигателя
Недостатком данного метода регулирования напряжения является тот факт, что работа АД на регулировочных характеристиках (при возрастании угла открытия тиристоров α) происходит в режиме прерывистого тока. В периодическом несинусоидальном токе кроме основной гармоники присутствуют нечетные гармоники (5-ая, 7-ая, 11-ая и т. д.). Высшие гармоники увеличивают потери в АД, снижается кпд. С ростом угла α увеличивается фазовый сдвиг 1-ой гармоники тока по отношению к напряжению сети, уменьшается cosφ.
Такие устройства, поэтому рекомендуется применять для плавного пуска вентиляторов, насосов, компрессоров и других устройств.
При прямом пуске асинхронных двигателей, когда двигатель сразу подключается к номинальному напряжению сети, возникают на начальном этапе запуска значительные моменты. Они в несколько раз превышающие уровни пусковых моментов, рассчитанных по статическим характеристикам, из-за возникновения повышенных нагрузок в кинематических передачах (особенно, когда момент двигателя в переходном режиме носит знакопеременный характер, а в механической части имеются люфты и зазоры). Это приводит к преждевременному износу и выходу из строя элементов кинематической передачи. Диаграмма скорости на участке разгона имеет колебательный характер, процесс сопровождается недопустимыми для ряда механизмов рывками и ускорениями; происходит значительное увеличение пусковых токов (по сравнению с расчетными значениями по статическим характеристикам), что может привести к недопустимым посадкам напряжения на питающих шинах, особенно при прямом пуске двигателей большой мощности и т. д. Системы плавного пуска позволяют ограничить до желаемого уровня моменты асинхронного двигателя в пусковых режимах, обеспечить управляемый («растянутый» во времени) пуск с заданным линейным и нелинейным темпом нарастания скорости; переходные процессы с постоянством тока статора (так называемую «отсечку по току статора»), значение которого может регулироваться.
Следует отметить:
1. Систему ТПН-АД также как систему реостатного регулирования скорости АД нельзя признать на современном этапе целесообразной для регулирования скорости при продолжительном режиме работы из-за низких энергетических показателей и существенного снижения КПД электропривода. Экономия электроэнергии при применении систем ТПН незначительна при регулировании скорости АД в установившихся режимах работы. Использование ТПН-АД в большинстве случаев определяется технологическими требованиями производственных механизмов (транспортеров, насосов, вентиляторов, конвейеров, лифтов и др.), требующих плавного пуска и ограничения ударных моментов, ускорений и рывков, возникающих при прямом подключении АД к сети. При использовании систем ТПН-АД для управления недогруженным асинхронным двигателем в зоне номинальной скорости экономия электроэнергии будет тем больше, чем меньше момент двигателя по сравнению с номинальным и чем больше время работы двигателя с недогрузкой. Эффект усиливается при использовании асинхронных двигателей с относительно высоким значением тока холостого хода статора.
2. При применении систем ТПН-АД, кроме решения технологических задач, оказывается возможным на 3–5 % снизить потери в асинхронных двигателях за счет ограничения уровня максимальных пусковых токов, обусловленных электромагнитными переходными процессами в машине. Использование плавного пуска асинхронного двигателя позволит снизить посадку напряжения в сети электроснабжения, повысить качество электроэнергии.
3. При неизменной частоте питания с понижением U при снижении скорости возрастает скольжение АД и, следовательно, потери в электроприводе.
4. Работа АД на регулировочных характеристиках при U1 < UН происходит в режиме прерывистого тока, что ведёт к появлению высших гармоник в токеи, следовательно, растут потери в электроприводе [6].
5. Чередование схем подключения статорной обмотки АД приводит к пульсациям момента двигателя.
6. ТПН является потребителем реактивной мощности. При напряжениях меньше номинального и неизменной скорости реактивная мощность может превосходить реактивную мощность при номинальном режиме.
7. При условии выбора только оптимальной продолжительности нарастания напряжения при использовании ТПН для пуска АД пусковые потери снижаются до 10–15 %. Эффект ощутим для двигателей средней и большой мощности.
8. На основании обследования электроустановок ряда предприятий рекомендуется в дипломном проекте рассмотреть вопрос об установке устройства плавного (мягкого) пуска для безударного запуска нерегулируемых электроприводов на насосных станциях, вентиляторах и т. д. На объектах рекомендуется устанавливать по одному устройству плавного пуска для поочередного запуска АД.
9. Экономический эффект от внедрения устройства плавного пуска, на наш взгляд, будет складываться из экономии не только (и не столько) электроэнергии, но из снижения эксплуатационных расходов, снижения аварийности трубопроводов и их элементов за счёт исключения гидравлических ударов, снижения потерь, например, нефти, и, как следствие, в повышении экологической безопасности. Оценить потенциал экономии при такой постановке вопроса без дополнительной проработки для конкретных установок сложно.
studfiles.net
, 
.
