Общие сведения. 2.3.1. Обобщенная структура и режимы работы системы ТРН – АД
Тиристорный регулятор напряжения предназначен для изменения амплитуды напряжения, подводимого к статору без изменения частоты, и используется главным образом для управления пуском (мягкие пускатели) и осуществления ряда других полезных функций.
ТРН находит широкое применение в электроприводах переменного тока, где за счет регулирования напряжения на статоре асинхронных двигателей обеспечиваются регулирование токов и моментов двигателей в переходных режимах, симметрирование токов в фазах, ряд защит двигателя. Одна из них связана с повышением энергетических показателей работы асинхронных электроприводов при малых нагрузках. Тиристорные регуляторы напряжения, выполняющие эту функцию, получили название регуляторов экономичности, или экономайзеров. Возможность энергосбережения этим способом иллюстрируют зависимости тока статора I 1 от прикладываемого к двигателю напряжения U 1 (рис. 2.6) при разных моментах нагрузки M c1 c2 c3 с4. Эти зависимости иногда называют U-образными характеристиками двигателя.
Рис. 2.6. U-образные характеристики асинхронного двигателя
Как видно из графиков, при каждой нагрузке двигателя имеется такое напряжение, при котором потребляемый ток минимален. Снижение тока происходит за счет уменьшения его реактивной составляющей. Вследствии этого обеспечиваются снижение потерь энергии в двигателе, повышение его КПД и коэффициента мощности cosφ.
На рис. 2.7 показаны построенные для двигателя мощностью 30 кВт зависимости КПД, cosφ, относительных тока статора I* и потерь мощности ΔР* в двигателе от относительного напряжения U* при моменте нагрузки М с, равном 20 % от номинального. Из кривых видно, что наилучших значений эти показатели достигают при напряжениях, равных 0,6. 0,8 номинального значения.
Рис. 2.7. Зависимости тока статора, потерь мощности, КПД
и коэффициента мощности от напряжения
Требуемый уровень оптимального скольжения может быть реализован в замкнутой по скорости системе ТРН – АД, схема которой приведена на рис. 2.8. На схеме обозначено: ТГ – тахогенератор, ЗП – потенциометр задания требуемой скорости (скольжения) двигателя.
Схема обеспечивает поддержание скорости и тем самым скольжения с определенной точностью при изменениях момента нагрузки Мс. За счет регулирования напряжения возможно примерно в 2,5…3 раза уменьшить потери мощности и повысить cosφ.
До появления доступных преобразователей частоты в нашей стране предпринимались попытки использовать ТРН для регулирования скорости асинхронных двигателей насосов, работающих в продолжительном режиме.
Рис. 2.8. Схема замкнутой системы ТРН –АД
с обратной связью по скорости
Системы электропривода, построенные с использованием ТРН при небольшом диапазоне изменения скорости и момента, обеспечивают хорошую управляемость двигателя (режим пуска, торможения, реверса при использовании исходной структуры преобразователя или части ее силовых элементов). Имеется оптимальное быстродействие при отработке изменяющихся входных сигналов; энергетические показатели (КПД и коэффициент мощности); амплитуда и частота пульсаций момента при вентильном управлении электроприводом; равномерность загрузки отдельных фаз двигателя и др.
С целью увеличения диапазона регулирования скорости в изучаемой системе используются обратные связи. Как правило, наиболее часто применяется отрицательная обратная связь по скорости, осуществляемая с помощью тахогенератора (рис. 2.8).
Вместе с тем тиристорный регулятор напряжения, используемый по основному назначению – плавный пускатель, энергосберегающее устройство при малых нагрузках – очень полезное средство, широко используемое за рубежом, но мало применяемое в России.
2.3.2. Принцип работы ТРН – АД
Одним из возможных способов регулирования координат (скорости) асинхронных двигателей является изменение напряжения на статоре при постоянной частоте питающей сети.
На рис. 2.9 приведена силовая часть схемы электропривода при реализации этого способа с использованием тиристорного регулятора напряжения.
Рис. 2.9. Силовая часть схемы трехфазного ТРН
Тиристорный регулятор состоит из трех пар встречно-параллельно соединенных тиристоров (VS1…VS6), включенных между фазой сети и фазой тиристорного регулятора.
Регулирование напряжения на АД осуществляется изменением угла управления α, т.е. сдвигом во времени управляющих импульсов, подаваемых на управляющие электроды тиристоров. Импульсы подаются на все тиристоры не одновременно, а со сдвигом во времени на третью часть периода частоты сети. Это определяется тем, что управляющий импульс каждого тиристора должен быть сдвинут относительно напряжения той фазы сети, к которой подключен тиристор, на один и тот же угол управления α, а фазные напряжения сети сдвинуты относительно друг друга на 120 0 .
Изменяя α от нуля до 150 0 можно регулировать напряжение на двигателе от полного напряжения сети до нуля.
На рис. 2.10 приведены механические характеристики АД, построенные при напряжениях ; 0,8; 0,6 и 0,4 .
Из рис. 2.10 видно, что скорость х.х. () и критическое скольжение () при регулировании не изменяются, но резко снижается величина критического момента () и модуль жесткости характреистик при уменьшении питающего напряжения (увеличение α). Кроме того, со снижением скорости уменьшается допустимый момент двигателя ω(М доп), вычисляемый по выражению:
Отсюда следует, что с уменьшением скорости значительно снижается допустимый момент двигателя.
Такой способ оказывается малопригодным для целей регулирования, т.к. по мере уменьшения напряжения снижается перегрузочная способность и мал диапазон изменения скорости.
Энергетические показатели при регулировании скорости асинхронного двигателя изменением напряжения приблизительно такие же, как и при изменении сопротивления в цепи статора. Со снижением скорости (как было указано ранее) уменьшаются КПД и коэффициент мощности (cosφ) установки.
Известно, что работе АД в двигательном режиме соответствует скольжение в пределах от 1 до 0 (рис. 2.10), причем рабочим режимом является диапазон скоростей, при котором скольжение не превышает . В диапазоне скольжений от до 1 потери в роторе двигателя существенно возрастают, поэтому этот участок механической характеристики двигатель проходит только во время пуска.
Для электропривода с асинхронным короткозамкнутым двигателем во всех режимах работы характеристики могут быть рассчитаны приближенно, при известных технических данных электрической машины.
Электромеханическая характеристика (рис. 2.11) описывается выражением, полученным из Г-образной схемы замещения АД:
где – приведенный ток фазы ротора;
– напряжение фазы статора;
– активное сопротивление фазы статора;
– приведенное активное сопротивление фазы ротора;
– индуктивное сопротивление к.з. фазы двигателя ( – индуктивные сопротивления фазы статора и приведенное фазы ротора);
– синхронная скорость (частота) вращения.
Как известно электромеханическая характеристика АД это зависимость , где .
Выражение для механической характеристики получают из баланса мощности в цепи ротора.
Потери мощности в цепи ротора , выраженные через механические координаты АД, представляют собой разность электромагнитной мощности и полезной мощности т.е.:
Потери, выраженные через электрические величины, определяются как
Приравняв потери по 1.2 и 1.3, приходим к выражению:
Замена в (2.4) тока его выражением по (2.1) приводит к следующей формуле:
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.015 с) .
Обобщенная структура и режимы работы системы ТРН-АД.
Выбор рациональной структуры ЭП зависит от технических требований к регулированию момента и скорости, условий эксплуатаций, экономических и массогабаритных показателей, вариантов конструктивного исполнения, стоимости эксплуатаций. Поэтому для продолжительных повторно-кратковременных режимов работы рациональные структуры систем ЭП могут отличаться сложностью, составом аппаратной и элементной базы. Наиболее простые системы ТРН-АД выполняются для обеспечения плавного пуска и торможения ЭП при не высоких требованиях к стабильности диаграммы пуска и торможения. Используются простые аппаратные средства, выполненные на базе цифровых или цифроаналоговых интегральных микросхем среднего уровня.
При высоких требованиях к точности и сложном характере изменения регулируемых переменных, так же как при работе в составе многоуровневых систем управления технологических комплексов, системы ТРН-АД выполняются с использованием современных средств микропроцессорного управления. При этом одновременно могут выдвигаться требования обеспечения сложных диаграмм скорости при пуске и торможение, позиционирования, комплекса электрических и механических защит и блокировок, возможности перенастройки уровней регулируемых переменных при наладке и т.д.
На рис.23. приведена структурная схема обобщенной системы ТРН-АД. Конкретная структура ЭП может быть получена на основе обобщенной путем выделения требуемых элементов и связей, ее составляющих.
В обобщенную структуру ТРН-АД входят: силовая часть СЧ, состоящая из силовых тиристорных блоков, шунтируемых силовыми контакторами КМ; источник вторичного питания ИП; датчики напряжения ДН на входе и выходе СЧ; датчики тока ДТ; датчики температуры силовых элементов, обмоток АД-Дθ; датчик скорости ДС; датчик положения ДП и электромагнитный тормоз ЭМТ. Система управления содержит усилители мощности сигналов управления УМ питания катушки контактора КМ, сигналов цепей управления VS, катушек ЭМТ с оптронной развязкой ОР.
Рис.23. Функциональная схема системы ТРН-АД
Сигналы на УМ поступают от блока логики БЛ, определяющего очередность срабатывания силовых приборов и аппаратов.
Система импульсно-фазового управления СИФУ с блоком комбинированной синхронизации БС (по напряжению U и току I) совместно с блоком формирования импульсов БФИ и блоком раздельного управления тиристорами в фазах БРУТ позволяют обеспечить при малых нагрузках устойчивую работу в разомкнутой системе ЭП. В специальных режимах эта структура позволяет реализовать кратковременное снижение скорости при квазичастотном управлении, форсирование пускового момента, вращения вала АД в прямом и обратном направлении на пониженных скоростях.
Для получения линейной зависимости выходного напряжения ТРН от входного сигнала система управления может содержать блок линеаризации ЛИН, существенно упрощающий синтез внешних, по отношению к СИФУ, обратных связей в замкнутой системе ЭП.
Блоки коммутации аналоговых БКАС и дискретных сигналов БКДС по командам от блока выбора режимов БВР формируют последовательность импульсов для элементов управления СИФУ. Блок БВР управляет очередностью выполнения команд (сигналов) функциональных блоков Φ1-Φi, блоков защит ΦЗ1-ΦЗi, технологических блокировок ТБ, команд с пульта управления ПУ или дистанционного управления ДУ.
Данная структура ТРН позволяет реализовать формирование множества режимов работы и выполнение различных видов защит.
Заключение
Одним из важнейших технических мероприятий, обеспечивающих охрану здоровья трудящихся и высокую производительность труда на предприятиях, является вентиляция. На строительство и эксплуатацию вентиляционных установок в нашей стране отпускаются большие средства. Поэтому весьма важно, чтобы вентиляционные установки на предприятиях работали с наибольшим эффектом при минимальном расходе электроэнергии.
В данном курсовом проекте был рассчитан регулируемый электропривод вентилятора по системе ТРН-АД. Применение системы ТРН-АД обеспечивает режимы: ограничения тока при пуске; постоянного прогрева обмоток АД при неработающем вентиляторе; вращение вентилятора в обратном направление при малой скорости; стопорение колеса вентилятора; контроля сопротивления изоляций обмоток АД с пульта оператора.
Применение системы ТРН-АД позволяет устранить частые пробой изоляций обмоток, существенно сократить паузы при повторных пусках вентилятора и улучшить условия проведения профилактических работ.
Список литературы
1. И.И. Алиев Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., доп. — М.: Высшая школа, 2000 – 255с.
2. Электротехнический справочник: Использование электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). – 8-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 696 с.
3. Электротехнический справочник: Использование электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл.ред) и др. – 7-е изд., испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 616с.: ил.
4. Медведев Г.Г., Дорохов А.Р. Введение в курс: Насосы, вентиляторы, компрессоры.- Конспект лекций. – Томск: Изд. ТПУ, 1998. – 64 с.
5. М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В. М. Терехов, А.В. Шинянский Основы автоматизированного электропривода. Учеб. Пособие для вузов. М., «Энергия», 1974. – 568 с.
6. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. М., «Энергия», 1972. – 240 с.
12. Электромеханические свойства ад
выбирается – поля статора.
Уравнение электрического равновесия можно записать в комплексной форме, приняв Х за действительную, а Y– за мнимую часть.
наиболее удобной записью уравнения является их запись через потокосцепление.
, где
– мнимая часть.
В установившемся режиме:
Уравнение равновесия:
, пусть
– ток намагничивания.
– скольжение.
Для получения выражения для эл/маг. момента воспользуемся упрощённой схемой замещения с вынесенным контуром намагничивания на зажимы двигателя.
Тогда, мощность, передаваемая через зазор:
При S=0,
При идеальном холостом ходе, потребляемый АД , необходим для создания магнитного поля машины.
Краново – металлургические двигатели:
При изменении – двигательный режим.
– генераторный режим, выявляетсяmaxМ, который имеет место при критическом скольжении
:
– (“+” – двигательный режим, “–” – генераторный режим).
– критический момент.
Уточнённая формула Клосса: 
, где
У мощных двигателей и для расчета их характеристик можно использовать упрощённую формулу Клосса:
, гдеω0 – скорость идеального холостого хода.
;
Скорость идеального холостого хода зависит от 
и
(число пар полюсов).
;
;
;
;
;
– двиг. режим.
– генер. режим.
При изменении 
подводимая к двигателю механическая энергия частично теряется в двигателе в виде теплоты, а в основном отдаётся в сеть. Но при увеличенииωи соответствующем увеличении частоты тока ротора происходит уменьшение
. Приωгр(Sгр) отдаваемая в сеть активная мощность равна 0, т.е. вся подводимая к двигателю механическая энергия теряется в виде теплоты в двигателе.
При изменении – режим рекуперативного торможения, приω=ωгр– режим динамического торможения, приω>ωгр– двигатель начинает потреблять энергию из сети, как при противовключении.
При пуске S=1, несмотря на большой пусковой ток , момент пусковой мал, из-за малости
и некоторого снижения потока. По мере ростаωуменьшаетсяS, так как уменьшается индуктивное сопротивление роторной цепи и быстро растёт
, несмотря на уменьшающийся
момент растёт, а при определённых значениях
и
достигает своего критического значения. При дальнейшем увеличенииω, несмотря на высокое значение
, быстрое уменьшение
ведёт к уменьшения момента до 0, приS=0(холостой ход).
13. Система скалярного управления ад
При скалярном управлении, когда не регулируются фазы тока, проявляется электромагнитная инерция двигателя, обусловленная электромагнитной инерцией цепи контура намагничивания. В этом случае отсутствует стабилизация потока и потокосцепления в переходных режимах работ.(при увеличении 
сначала увеличивается
, а
отстаёт по фазе, так как
(
)).
Система управления асинхронного электропривода ТРН — АД с суммирующим усилителем.
Используя схемы замещения двигателя (см.рис.), можно связать основные координаты электропривода с параметрами двигателя .
| U 1 | 2 | ||||||||||
| I 2 | |||||||||||
| R | 2 | M k | 3 U 1 | ||||||||
| 2 | |||||||||||
| 2 | 2 | 2 | |||||||||
| 2 | |||||||||||
| R | S | X | 2 0 R 1 R 1 | X k | |||||||
| 1 | k | ||||||||||
| S k | R 2 | ||||||||||
| R 2 | X 2 | ||||||||||
| 1 | k | ||||||||||
Характеристики двигателя при фазовом управлении разомкнутой ТРН-АД
Система автоматического регулирования скорости с тиристорным
Принцип стабилизации скорости двигателя при изменении момента нагрузки в данной системе можно пояснить рисунком: Анализ статических характеристик замкнутой системы U у = U з – U ос U от K R . где K R = R вх /(R1+ R3+ R4’+ R вх ); U ос = К с ω . U ОТ K TA K U R R R 3 R I 1 U CT 3 2 3
| Или | U ОТ K TA K U R | R 3 | I 1 OTC |
| R 3 | |||
| R 2 |
Окончательно выражение для напряжения обратной связи по току
примет вид: U ОТ K TA K U R R R 3 R ( I 1 I 1 OTC ) 2 3
| Обозначая | K Т K TA K U R | R 3 | Первое уравнение запишется в виде | |
| R 3 | ||||
| R 2 | ||||
| U у = [U з K с ω K R K Т (I 1 I 1отс )] | Далее записывая | |||
| U уп = K А1 U у , | |
| — α max = K ф U уп , | Путем подстановки получим |
= max K ф K А1 [U з K с — K R K Т (I 1 I 1отс )].
| K ф K A 1 U З K R K T | I 1 | I 1 OTC | max | ||||||
| K A 1 K ф K C | |||||||||
| Если ( I 1 | < I 1ОТС ) | K | ф | K | A 1 | U | З | max | |
| K A 1 K ф K C | |||||||||
Для получения аналитического выражения механической характеристики
| 3 U 2 | R | |||
| M | 0 | 1 | 2 | 2 |
| S | R | |||
| 2 | 2 | |||
| R 1 | X K | |||
| S | ||||
| U 1 *2 | 3 U 2 | R | ||
| Н | R | 2 | 2 | |
| 0 | S | |||
| 2 | 2 | |||
| R 1 | X K | |||
| S | ||||
| M ср | 3 U 2 | R | ||
| 0 | Н | R | 2 | 2 |
| S | 2 | |||
| 2 | ||||
| R 1 | X K | |||
| S | ||||
M = M ср U 1 *2 В этом случае при анализе удобно использовать зависимость U 1 *2 = f(U уп , ) Для конкретного двигателя определив значение угла = arctg( Lд/Rд), и выбрав для этого угла кривую U 1 *2 = f(Uуп, ), при линеаризации её
| получим | U 1 *2 = K п ‘ U уп , | ||||||
| U З | K R K T I 1 | I 1 OTC ) | M | ||||
| K C | M cр K П K A 1 K ф K C | ||||||
| Если ( I 1 | < I 1ОТС ) | U З | M | 01 | |||
| M cp K П K A 1 K | |||||||
| K C | ф K C | ||||||
Значение скорости о1 (скорость в точке а ) можно определить по заданному статизму и диапазону регулирования скорости:
| 01 min M H | D | |
| 1 | ЗАД | |
| TP min M H | ЗАД | |
| 1 | ЗАД | |
Необходимое значение коэффициента усиления KА1, обеспечивающего этот статизм скорости определится
| K A 1 TP | M | M | |||
| M cp K П K Ф | K C | ТР | M cp K П K Ф | K C | ТР |
Необходимое значение K А1 можно определить и графоаналитически
| a | K Ф K A 1 U З a max |
| K A 1 K Ф K C | |
| г | K Ф K A 1 U З г max |
| K A 1 K Ф K C |
учитывая, что заданная погрешность стабилизации скорости ТР = а г ,
| a | г | a | г | ||
| TP | K A 1 | K Ф K C | Отсюда | K A 1 | |
| K Ф K C | TP | ||||
Определение необходимого значения K Т производится при пуске двигателя. K А1 K ф [U з K R K Т (I 1доп — I 1отс )] = max доп
| получаем: | K Ф K A 1 | U З max | доп |
| K T | |||
| K A 1 K Ф | K R I 1 доп | I 1 отс |
Расчёт системы ТРН — АД с подчинённым регулирования координат.
Система ТРН — АД с подчинённым регулированием реализуется в виде двухконтурной схемы с подчинённым внутренним контуром момента
Электромагнитный момент двигателя в переходном режиме
| M M n M n e | ( 1 2 ) | 0 t | M n | [cos 0 | 1 0 t | e | 2 | 0 | t |
| t e |
| 1 0 t | e | 2 | 0 t | 1 1 2 | |||
| sin 0 t e | ] | 2 | 1 | ||||
| Если ввести допущения: | принять 1 ~ /2 и 2 ~2S K | ||||||
| а для серийных АД S K = (0,2. 0,5) и =(0,05. 0,1) | |||||||
| значения коэффициентов затухания | 1 ~(0,005. 0,025), | ||||||
2 ~ (0,4. 1,0). Тогда в выражении (1 + 1 2 )/( 2 1 ) 1/ 2 , а ехр — 1 0 t >> ехр- 2 0 t . Обозначим 1/ 1 0 = T 1 , 1/ 2 0 = Т 2
| Т 1 = (0,1. 0,6)c; | T 2 = (0,003. 0,008)c |
Пренебрегая в уравнении малыми величинами получим:
| t | t | |||||
| 1 | ||||||
| T 2 e | T | |||||
| M M | 1 e | 1 cos 0 | t | sin 0 | t | |
| n | 2 | |||||
Т.е. электромагнитный момент двигателя в переходных режимах может быть представлен тремя составляющими: установившейся ( М уст = М п ); апериодической ( М а = М п (ехр) -t/T 2 ) и колебательной ( М кол = М п (ехр)-t/T 1 (соs 0 t + sin 0 t/ 2 )). Тогда передаточная функция АД будет выглядеть:
| W Д ( p ) | M ( p ) | K M |
| U ( p ) | T 2 | p 1 T 0 2 p 2 2 1 T 0 p 1 |
Учитывая малое демпфирование колебаний ( 1 << 1), последнее выражение можно упростить:
| W Д ( p ) | K M |
| T 2 | p 1 T 0 2 p 2 1 |
Структурная схема двухконтурной системы регулирования скорости с учётом линеаризации характеристик АД и ТРН будет иметь вид