Пуск и реверс асинхронного ЭД.



Асинхронные двигатели малой и средней мощности запускаются прямым включением в сеть (есть пусковые токи), а также с помощью дополнительных устройств, уменьшающих пусковые токи (устройства плавного пуска и торможения, преобразователи частоты). Двигатели средней и большой мощности включаются с переключением со звезды на треугольник, при этом токи изменяются в линии в 3 раза, но и момент уменьшается в 3 раза, поэтому такой пуск выполняют без нагрузки.

В случае необходимости ограничения пускового тока, можно включать в статор дроссели или резисторы.

Пуск путем плавного увеличения напряжения (тиристорный) <2.5Iном=Iпуск.

Пуск путем увеличения частоты тока.

Асинхронные двигатели с фазным ротором запускаются путем включения резисторов в ротор, при этом токи уменьшаются, а пусковой момент увеличивается до критического, а затем снижается.

 

Пуск синхронных двигателей осуществляется при замыкании обмоток ротора накоротко или резисторами. После разбега в обмотку подается постоянный ток.

Для реверса АД необходимо изменить направление вращения магнитного поля статора (меняют 2 любые фазы), в электроприводе для этого применяются реверсивные магнитные пускатели.

 

6. Автоматизированное управление ЭП. Понятие замкнутых и разомкнутых систем управления. Обратные связи в ЭП.

Возможны два способа регулирования скорости электропри­вода: параметрический и с помощью обратных связей в разомкнутых системах. Первый способ предусматривает получение искусственных механических характеристик с помощью изменения параметров электродвигателя или его цепей, второй обеспечивает формирование требуемых механических характеристик с помощью различных обратных связей (по току, скорости, моменту).

Регулирование скорости электропривода характеризуется рядом показателей.

Диапазон регулирования указывает возможные при данном способе пределы изменения скорости.

Точность регулирования определяется возможными отклонениями скорости от ее заданного значения под воздействием возмущающих факторов.

Плавность регулирования характеризуется числом значений регулируемой скорости, реализуемых в данном диапазоне.

Стабильность частоты вращения определяется диапазоном ее изменения при заданном отклонении момента статической нагрузки. Показатель стабильности зависит от жесткости механической характеристики (чем выше жесткость, тем выше стабильность).

Экономичность регулирования оценивается затратами на сооружение привода и его эксплуатацию. Экономичность является комплексным показателем, отражающим производительность привода, его надежность, затраты энергии при регулировании.

Допустимая нагрузка - это наибольшее значение момента статической нагрузки, который двигатель способен продолжительно развивать на любой искусственной характеристике, не перегреваясь.

В простых системах управления электроприводом применя­ются разомкнутые структуры, не содержащие обратных связей между исполнительными и управляющими органами. Такие си­стемы применяются при невысоких требованиях к показателям регулирования параметров движения исполнительных органов рабочих машин.


На рис.1 приведена схема разомкнутой системы регули­рования скорости электропривода с ДПТ НВ. Якорь двигателя подключен к выходу управляемого выпрямителя УВ, получаю­щего питание от трехфазной сети переменного тока. Выходное напряжение выпрямителя Uув устанавливается с помощью задатчикаRз Контроль частоты вращения вала электродвигателя осуществляется по измерительному прибору (ИП), получающе­му питание от тахогенератора (ТГ), механически связанного с валом электродвигателя. Отклонение скорости электроприво­да от заданной при изменении нагрузки на валу двигателя уста­навливается оператором вручную с помощью задатчика.


Разомкнутые приводы, осуществляющие параметрическое регулирование, просты по исполнению, но не обеспечивают ста­бильность частоты вращения вала двигателя при изменении на­грузки и имеют малый диапазон регулирования скорости.

Если необходим широкий диапазон регулирования, схему электропривода усложняют введением одной или нескольких обратных связей, переходя таким образом к замкнутой системе регулирования.


Замкнутые структуры электроприводов строятся по принципу компенсации возмущения и отклонения (по принципу обратной связи). Схема замкнутой структуры электропривода с компенсацией возмущения представлена на рис.2, где приняты следующие обозначения: Uз.с- задающий сигнал скорости; Uм=kмМc - сигнал, пропорциональный моменту нагрузки Мс; U - суммарный сигналуправления, который автоматически изменяется в нужную сторону при колебаниях момента нагруз­ки, обеспечивая с помощью системы управления поддержание скорости электропривода на заданном уровне.

Электропривод, построенный по схеме, приведенной на рис.2, эффективен, но требует применения надежных дат­чиков вращающего момента.


Большинство замкнутых структур управления строится по прин­ципу отклонения. Пример автоматического регулирования ско­рости по отклонению с ОС по скорости показан на рис.3, где приняты следующие обозначения: Uoc=kocω-сигнал обратной связи, который вычитается из Uз.с; U - суммарный сигнал управления, который автоматически изменяется в зависимости от рассогласования сигнала задания скорости и сигнала ОС и с помощью системы управления электроприводом устраняет отклонение скорости.


Обратные связи, применяемые в электроприводе, делятся на положительные и отрицательные, жесткие и гибкие, линейные и нелинейные.


Положительной называется такая ОС, сигнал которой на­правлен согласно (складывается) с заданием, в то время как сигнал отрицательной ОС направлен встречно ему.

Жесткая ОС действует в установившемся и переходном ре­жимах работы электропривода. Сигнал гибкой ОС вырабатыва­ется только в переходных режимах и служит для обеспечения требуемого их качества, например устойчивости движения, до­пустимого перерегулирования и т.д.

Линейная ОС характеризуется пропорциональной зависимо­стью между регулируемой координатой и сигналом обратной связи; при реализации нелинейной зависимости эта связь нели­нейна.

В зависимости от вида регулирования координаты в электро­приводе применяются ОС по скорости, положению, току, на­пряжению, моменту и т.д.

В замкнутой системе регулирования скорости ДПТ НВ (рис. 4) тахогенератор включен в цепь управления УВ после­довательно с управляющим напряжением Uупр, в результате чего образуется отрицательная обратная связь по скорости. Ток, созда­ваемый тахогенератором, направлен встречно току управления, и в цепи управления действует разность напряжений, UТГ - напряжение тахогенератора, пропорциональное частоте враще­ния вала ДПТ.


Потенциометром (задатчиком) R3 устанавливается такое значение ∆U, при котором обеспечивается необходимая частота вращения. В дальнейшем система автоматически поддерживает с определенной погрешностью заданную частоту вращения. Так, при возрастании момента сопротивления на валу ДПТ его скорость уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС тахогенератора; при этом ∆U возрастает и увеличивает выходное напряжение UУВ управляемого выпрямителя. Соответственно возрастают напряжение на якоре ДПТ и частота его вращения. Процесс возрастания скорости будет продолжаться тех пор, пока ∆U и скорость вала двигателя не достигнут заданных значений. Аналогичные процессы происходят при уменьшении нагрузки на валу.


7. Замкнутая система ЭП с обратной связью по скорости.

Замкнутые структуры электроприводов строятся по принципу компенсации возмущения и отклонения (по принципу обратной связи). Пример автоматического регулирования ско­рости по отклонению с ОС по скорости показан на рис. 1, где приняты следующие обозначения: Uoc=kocω-сигнал обратной связи, который вычитается из Uз.с; U - суммарный сигнал управления, который автоматически изменяется в зависимости от рассогласования сигнала задания скорости и сигнала ОС и с помощью системы управления электроприводом устраняет отклонение скорости.

Обратные связи, применяемые в электроприводе, делятся на положительные и отрицательные, жесткие и гибкие, линейные и нелинейные.

Положительной называется такая ОС, сигнал которой на­правлен согласно (складывается) с заданием, в то время как сигнал отрицательной ОС направлен встречно ему.

Жесткая ОС действует в установившемся и переходном ре­жимах работы электропривода. Сигнал гибкой ОС вырабатыва­ется только в переходных режимах и служит для обеспечения требуемого их качества, например устойчивости движения, до­пустимого перерегулирования и т.д.

Линейная ОС характеризуется пропорциональной зависимо­стью между регулируемой координатой и сигналом обратной связи; при реализации нелинейной зависимости эта связь нели­нейна.

В зависимости от вида регулирования координаты в электро­приводе применяются ОС по скорости, положению, току, на­пряжению, моменту и т.д.

В замкнутой системе регулирования скорости ДПТ НВ (рис. 4) тахогенератор включен в цепь управления УВ после­довательно с управляющим напряжением Uупр, в результате чего образуется отрицательная обратная связь по скорости. Ток, созда­ваемый тахогенератором, направлен встречно току управления, и в цепи управления действует разность напряжений, UТГ - напряжение тахогенератора, пропорциональное частоте враще­ния вала ДПТ.

Потенциометром (задатчиком) R3 устанавливается такое значение ∆U, при котором обеспечивается необходимая частота вращения. В дальнейшем система автоматически поддерживает с определенной погрешностью заданную частоту вращения. Так, при возрастании момента сопротивления на валу ДПТ его скорость уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС тахогенератора; при этом ∆U возрастает и увеличивает выходное напряжение UУВ управляемого выпрямителя. Соответственно возрастают напряжение на якоре ДПТ и частота его вращения. Процесс возрастания скорости будет продолжаться тех пор, пока ∆U и скорость вала двигателя не достигнут заданных значений. Аналогичные процессы происходят при уменьшении нагрузки на валу.

Замкнутая схема управления АД, выполненным по схеме тиристорный регулятор напряжения - электродвигатель позво­ляет регулировать скорость АД с повышенным скольжением (такие двигатели применяются в вентиляционных установках сельскохозяйственного назначения). Рассмотрим схему регулирования скорости АД с помощью тиристорного регулятора напряжения (ТРН) (рис.3). В цепь статора включены три пары встречно-параллельно соединенных тиристоров VS1...VS6, образующих силовую часть ТРН. Управляющие электроды тиристоров подсоединены к выходам СИФУ, которая распределяет управляющие импульсы на все тиристоры и осуществляет их фазовый сдвиг относительно сетевого напряжения в зависимости от управляющего сигнала Uупр. Свалом АД механически связан вал тахогенератора. ЭДС тахогенератора ЕТГ сравнивается с задающим напряжением U3, снимаемым с задающего потенциометра скорости. Разность U3 и ЕТГ, равная напряжению управления (Uупр = U3 - ЕТГ), поступает на вход СИФУ. При увеличении этого сигнала угол управления тиристорами уменьшается, а напряжение, приложенное к статору, увеличивается.

При увеличении нагрузки на валу АД его скорость уменьшается. Соответственно уменьшается и ЭДС тахогенератора ЕТГ. Уменьшение ЕТГ приводит к увеличению Uупр и уменьшению угла управления, в результате чего подаваемое на АД напряжение увеличивается. Момент двигателя возрастает, снижение скорости будет небольшим, т.е. жесткость механической характеристики АД благодаря отрицательной ОС по скорости увеличится. При уменьшении момента нагрузки напряжение на статоре автоматически снижается, в результате чего скорость привода будет поддерживаться на заданном уровне.

8. Принцип частотного регулирования.

Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока (ДПТ) достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор; такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.

Асинхронные электродвигатели (АД) превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов; имеют меньшие по сравнению с ДПТ размеры, массу и стоимость при той же мощности; АД просты в изготовлении и эксплуатации.

Основной недостаток АД - сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток). 

Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты. 

Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации. 

Статические преобразователи частотыявляются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.

Принцип частотного метода регулирования скорости АД заключается в том, что, изменяя частоту  питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов  изменять угловую скорость магнитного поля статора. Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью. Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения АД, поэтому потери мощности при регулировании невелики.

Для получения высоких энергетических показателей АД - коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение.

Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Mс. При постоянном моменте нагрузки Mс=constнапряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте Для вентиляторного характера момента нагрузки это состояние имеет вид , а при моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости-

Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статоре АД.

Преимущества использования регулируемого электропривода в технологических процессах:Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра.

 

9. Преобразователи частоты для регулируемого ЭП. Функциональная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока.

Принцип работы преобразователя частоты:Преобразователь частоты (ПЧ) состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора (АИН), системы управления СУИ ШИМ, системы автоматического регулирования (САР), дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв. Регулирование выходной частоты fвых и напряжения Uвых осуществляется в АИН за счет высокочастотного широтно-импульсного (ШИМ) управления.

 

Рис. 1. Упрощенная схема автономного инвертора с ШИМ

 ШИМ характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора ЭД подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя.

Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.

Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис.2). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодулирована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна.

Регулирование выходного напряжения АИН можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const. Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При ШИМ-модуляции форма токов в обмотках статора АД получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.

Рис.2.  Кривые напряжения и тока навыходе    Рис.3.  Схема инвертора: И – трехфазный мостовой    тора с ШИМ                                                                 инвертор; В – трехфазный мостовой выпрямитель;

                                                      Сф – конденсатор фильтра

 

Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов – запираемых – тиристоров, либо биполярных - транзисторов с изолированным затвором. На рис.3 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора на - транзисторах.

Она состоит из входного емкостного фильтра Cф и шести транзисторов V1-V6 включенными встречно-параллельно диодами обратного тока D1-D6.

За счет поочередного переключения вентилей V1-V6 по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжение Uв преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключи V1-V6 протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя АД, через диоды D1-D6 – реактивная составляющая тока АД.

 

10. Особенности работы ЭП в условиях сельского хозяйства.

Помимо приводных характеристик машин, для выбо­ра рационального электропривода необходимо учитывать условия окружающей среды и электроснабжения. Ряд сельскохозяйственных помещений отличается высоким со­держанием химически активных веществ в сочетании с вы­сокой влажностью окружающей среды (животноводческие помещения), запыленностью (мельницы, зернотока, дерево­обделочные мастерские). Кроме того, электродвигатели часто работают на открытом воздухе, подвергаясь непо­средственному воздействию атмосферных влияний.

Наиболее агрессивное включение атмосферы помеще­ний - аммиак, содержание которого в животноводческих помещениях колеблется в широких пределах (в свинарни­ках - 0,2…0,04, в коровниках - 0,05…0,018 мг/л при максимуме в ночные часы). Относительная влажность до­стигает 90…98%. Сероводород в помещениях находится в малом количестве (0,001 мг/л). Углекислый газ, взаимо­действуя с водой, образует слабую неустойчивую кис­лоту, существенно не влияющую на изоляцию, но усили­вающую коррозию металлов. При таких тяжелых усло­виях окружающей среды и малом числе часов работы в сутки, когда двигатели не успевают «самоосушиться», со­противление изоляции электрооборудования быстро сни­жается. Поэтому электрооборудование для животновод­ческих помещений должно быть рассчитано на работу в среде с относительной влажностью до 90…100% при со­держании паров аммиака до 0,2 мг/л.

Иногда питание сельскохозяйственных электропри­водов осуществляется от маломощных источников элект­роснабжения. К ним относят автономные электростанции и подстанции, мощность которых соизмерима с мощностью электродвигателей, и источники с сопротивлением питаю­щих линий, соизмеримым с сопротивлением короткого за­мыкания электродвигателей. В этих случаях при пуске электродвигателя наблюдается значительное снижение на­пряжения, влияющее на работу потребителей и прежде всего асинхронных электродвигателей, у которых умень­шаются пусковой и максимальный моменты, что может привести к невозможности разбега пускаемого и остановке работающих двигателей.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 776; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!