Системы электроснабжения промышленных предприятий,

5. Определяем угловую скорость при идеальном холостом ходе при и Ф_н.

с^-1

6. Определяем номинальный момент электродвигателя

Нм

7. Для построения естественной механической характеристики получены следующие координаты:

 

1 точка,  режим идеального холостого хода: М=0; W₀=354,8с^-1

2 точка,  номинальный режим: М_н=6,36 Нм; с^-1

8. Определяем угловую скорость идеального холостого хода при ослаблении магнитного потока

c^-1

9. Определяем угловую скорость при ослаблении магнитного потока при номинальной нагрузке

c^-1

10. Координаты для построения искусственной механической характеристики при ослаблении магнитного потока

1 точка: М=0; W_0I=443,5c^-1

точка: М_н=6,36 Нм; c^-1

11. Определяем угловую скорость идеального холостого хода при уменьшении напряжения на якоре

c^-1

12. Определяем угловую скорость при уменьшении напряжения на якоре при номинальной нагрузке

c^-1

13. Координаты точек для построения искусственной характеристики при уменьшении напряжения на якоре

1 точка: М=0; w₀₂=177,4c^-1

2 точка:  М_н=6,36; c^-1

Для построения механических характеристик задаемся масштабом 

по угловой  скорости     c^-1

по моменту                   

Механические  характеристики построены на рис.1

1 – естественная;

2 – искусственная  при ослаблении магнитного потока;

3 – искусственная  при уменьшении напряжения на  якоре.

Рис.1

Выводы:

При ослаблении магнитного потока угловая  скорость по отношению к номинальной  увеличивается, а при уменьшении напряжения на якоре уменьшается. Определяем значение момента и мощности при  регулировании.

1. Электромагнитный момент в номинальном режиме.

2. Коэффициент потерь.

3.  Электромагнитный  момент при ослаблении потока.

4. Момент на валу двигателя при номинальной нагрузке и ослаблении магнитного потока.

5. Мощность на валу при ослаблении магнитного потока

Рн.

 

Регулирование углов скорости происходит при постоянной мощности и переменном моменте. Аналогичным образом можно  показать, что регулирование уменьшением  напряжения на якоре происходит при  постоянном моменте и переменной мощности.

 

 

 

РАЗДЕЛ 5   Электропривод с  двигателями переменного тока (ЭП с АД)

ЭП  с асинхронными двигателями с  короткозамкнутым (АДК)    

            и фазным ротором (АДФ).

Асинхронные (частота вращения магнитного поля статора больше частоты вращения ротора) двигатели в настоящее время являются самым распространенным видом электродвигателя в промышленности и в сельском хозяйстве. Различают два основных вида АД: с короткозамкнутым ротором (обмотка, не имеющая выводов) и фазным ротором (контактные кольца, позволяющие подключить сопротивления).

До недавнего  времени АД применялись в нерегулируемом ЭП, но с появлением силовых тиристорных  устройств, растет число регулируемых ЭП с АД. Рассмотрим возможные способы  регулирования частоты вращения.

W0 = 2πf/p,

Где W0 – угловая скорость вращающего поля статора,

f – промышленная частота тока,

р– число пар полюсов машины.

Таким образом, со стороны статора частоту ротора можно регулировать изменением подводимого  к двигателю напряжения, числа  пар полюсов и частоты тока питающей сети. Воздействуя на ротор, частоту вращения можно регулировать, изменяя активное сопротивление  в цепи ротора (только для АДФ).

В тех случаях, когда не требуется плавного изменения  частоты вращения двигателя при  небольшом диапазоне регулирования, применяют многоскоростные АД , которые  имеют возможность изменить число пар полюсов. Многоскоростные двигатели выпускаются на две, три и четыре частоты вращения, при этом в пазы статора заложены две обмотки, которые состоят из секций, соединяющихся звездой и треугольником.

Введение и изменение дополнительных резисторов в цепь ротора АДФ применяется в тех случаях, когда требуется небольшой диапазон регулирования скорости и работа на пониженных скоростях. Также данный способ используется при пуске АДФ, для ограничения пускового тока.

Одним из наиболее перспективных в настоящее время  является частотный способ. Такой способ регулирования можно осуществить с помощью тиристорных преобразователей частоты. Он дает возможность осуществить плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а именно, обеспечить двухзонное регулирование. Однако такая система достаточно сложная, дорогая и широкого применения пока не получила.

Рассматривая  переходные режимы ЭП с АД (пуск, торможение и реверсирование ЭД) можно отметить, что АД могут работать в режиме динамического торможения . В этом режиме обмотка статора отключается  от сети переменного тока и подключается к источнику постоянного тока, а цепь ротора замыкается накоротко  или через резистор. Торможение противовключением  и реверсирование АД осуществляется переключением двух фаз статора. Время реверсирования можно рассматривать  как сумму времен торможения противовключением  и разбега в обратном направлении. Пуск АДК небольшой и средней  мощности обычно осуществляется при  полном напряжении (прямой пуск). Иногда пуск АДК осуществляется посредством изменения напряженияпри помощи ТРН (тиристорного регулятора напряжения). АДФ запускается посредством пускового реостата, включенного в цепь ротора.

Изучение  переходных режимов ЭП имеет большое  практическое значение. Результаты их расчетов позволяют правильно определить мощность ЭД и аппаратуры, рассчитать систему управления и оценить  влияние работы ЭП на производительность и качество работы производственных механизмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 6   Энергетика электропривода. Выбор электродвигателей

 

Обеспечение высоких энергетических показателей работы ЭП весьма актуальна  в настоящее время, когда экономия энергетических ресурсов превратилась в задачу первостепенной важности.

Оценка свойств ЭП осуществляется с помощью энергетических показателей:

- коэффициент полезного действия;

- коэффициент мощности (cosɸ);

- потери мощности;

- потери энергии.

Эти показатели существенно зависят  от режима работы ЭП, характера изменения  нагрузки и способов регулирования  координат. Рассматривая КПД можно  отметить, что повышение КПД двигателя  напрямую  зависит от обеспечения  нагрузки близкой к номинальной(ограничения  времени работы ЭД на холостом ходу). ЭП, подключаясь к сети переменного  тока, потребляют помимо активной мощности реактивную, которая обеспечивает создание электромагнитных полей. Эта работа ЭП характеризуется коэффициентом  мощности (cosɸ), тем самым дополнительно нагружает энергосистему. Следует стремиться к обеспечению максимальногоcosɸ ЭП. Для этого используют мероприятия по повышению коэффициента мощности, т.е. :

- замена малозагруженных АД, ЭД  меньшей мощности;

- ограничение времени работы  на холостом ходу;

- понижение напряжения питания  АД, работающих с малой или  переменной нагрузкой;

- замена АД на СД, если это  возможно по условиям тех.процесса.

Для снижения потерь электроэнергии в переходных режимах используют способы:

- уменьшения момента инерции  ЭП, например, за счет применения  малоинерционных двигателей;

- регулирования скорости идеального  холостого хода, например, для АД  – изменением частоты питающего  напряжения в системе ПЧ-АД .

Основным элементом любого ЭП является ЭД. Задача выбора состоит в поиске такого двигателя, который обеспечивает заданный технологический цикл РМ, соответствует условиям окружающей среды и компановки с РМ и при  этом имеет допустимый нагрев.

Выбор электродвигателя производится обычно в такой последовательности:

1. Расчет мощности и предварительный выбор электродвигателя;
2. Проверка выбранного ЭД по условиям пуска и перегрузки;
3. Проверка выбранного ЭД по нагреву.

Если же двигатель не удовлетворяет п.2 и  п.3, то выбирается ЭД большей мощности и проверка повторяется.

Для обоснованного выбора ЭД по мощности необходимо знать характер изменения  нагрузки двигателя во времени. С  этой целью для машин, работающимх  в циклическом режиме, обычно строиться  нагрузочная диаграмма Мс = f (t), представляющая зависимость нагрузки ЭП от времени в течении рабочего цикла.

Основным  условиемдля обеспечения надежной работы ЭД в течении всего срока эксплуатации является требование, чтобы температура изоляции обмоток не превышала допустимого значения. В этом случае пользуются косвенными методами. На практике применяется метод эквивалентных величин, основанный на том, что переменную нагрузку заменяют постоянной эквивалентной Мэкв., при котором двигатель в течение длительного времени выделял бы такое же количество тепла, что и при действительной переменной нагрузке (Рис.    ). При ступенчатом графике нагрузки

 

 

Мэкв. = √( (∑(Mᵢ²∙tᵢ))/ tц), Iэкв. = √( (∑(Iᵢ²∙tᵢ))/ tц), Рэкв. = √( (∑(Рᵢ²∙tᵢ))/ tц),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.   График продолжительного режима работы двигателя

Двигатель выбран правильно, если выполнено  условие

 

Iэкв. ≤ Iн.;Мэкв. ≤ Мн.;Рэкв. ≤ Рн.;

Метод эквивалентного тока применяется  для выбора мощности двигателя любого типа. Метод эквивалентного момента  не применим для двигателей последовательного  возбуждения, т.к. между моментом и  мощностью нет линейной зависимости.

В зависимости от продолжительности  и характера нагрузки принята  следующая классификация режимов  работы ЭД:

Продолжительный режим (S1) – это такой режим, при котором неизменная нагрузка продолжается столько времени, что машина нагревается до температуры установившегося значения (Рис.   )

Кратковременный режим (S2) – это такой режим, при котором периоды неизменной нагрузки чередуются с периодами отключения нагрузки, причем зарабочий период температура ЭД не успевает достигнуть установившегося значения, а за период паузы она снижается до температура окружающей среды. Промышленность выпускает ЭД, рассчитанные на кратковременный режим работы с продолжительностью рабочих периодов 10, 30, 60 мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.     График кратковременного режима работы двигателя

 

Повторно-кратковременный  режим (S3) – это такой режим, в котором ЭД ни в одном из рабочих периодов не нагревается до установившегося значения температуры, а во время пауз не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

 

 

Продолжительность цикла  tц характеризуется циклическим повторением периодов работы  tр  и пауз  tп .

 Время цикла  tц = (tр + tп )< 10 мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.       График повторно-кратковременного режима работы двигателя

 

Специфику работы в этом режиме отражает коэффициент, называемый относительной  продолжительностью включения (ПВ):

 

ПВф % = (tр /(tр +tп))∙100%.

 

Если ПВф в реальном цикле отличается от нормативной ПВн, то следует пересчитать:

 

Мн = Мэ∙ √(ПВф / ПВн),

 

Для улучшения экономических показателей  ЭП выпускаются двигатели, специально предназначенные для повторно-кратковременного режима с ПВн = 15, 25, 40 и 60. Двигатель, имеющий ПВ более 60% считается двигателем длительного режима.

Выбранный двигатель должен быть проверен на перегрузочную способность

 

Ммакс. ≤ λm ∙ Мн,

где Ммакс. – наибольшее значение момента на нагрузочной    диаграмме;

λm – коэффициент перегрузки двигателя (каталог).