Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Энергетические характеристики асинхронного двигателя

УСТАНОВИВШИЕСЯ РЕЖИМЫ И СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ

  • Аннотация
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

Разработана математическая модель для исследования работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при питании обмотки статора от однофазной сети. Для создания вращающегося магнитного поля одна из фаз питается через конденсатор. Вследствие несимметрии не только переходные процессы, но и установившиеся режимы являются динамическими, поэтому в любой системе координат описываются дифференциальными уравнениями. Их исследование не может быть с достаточной адекватностью осуществлено на основе известных схем замещения и требует использования динамических параметров. В математической модели уравнения состояния контуров статора и ротора составлены в неподвижной трехфазной системе координат. Расчет установившегося режима выполняется путем решения краевой задачи, что дает возможность получить зависимости координат на периоде, не прибегая к расчету переходного процесса. Для этого исходные нелинейные дифференциальные уравнения алгебраизируются путем аппроксимации переменных кубическими сплайнами. Полученная нелинейная система алгебраических уравнений является дискретным аналогом исходной системы дифференциальных уравнений. Ее решение выполняется методом продолжения по параметру. Для расчета статических характеристик как функции некоторой переменной данная система дифференцируется аналитически, а затем интегрируется численным методом по этой переменной. В процессе интегрирования на каждом шаге или через несколько шагов производится уточнение методом Ньютона, что дает возможность осуществить интегрирование методом Эйлера за несколько шагов. Матрицы Якоби в обоих случаях совпадают. Для учета вытеснения тока в стержнях короткозамкнутого ротора каждый стержень вместе с короткозамыкающими кольцами разбивается по высоте на несколько элементов. В результате на роторе получаем несколько короткозамкнутых обмоток, эквивалентирующихся трехфазными обмотками, между которыми существуют магнитные связи.

Ключевые слова

Об авторах

Адрес для переписки: Маляр Василий Сафронович – Национальный университет «Львовская политехника», ул. С. Бандеры, 12, 79013, г. Львов, Украина Тел: +38 032 258-21-19 E-mail: svmalyar@polynet.lviv.ua

Список литературы

1. Брускин, Д. Э. Электрические машины и микромашины / Д. Э. Брускин, А. Е. Зорохович, В. С. Хвостов. М.: Высш. шк., 1990. 528 с.

2. Вольдек, А. И. Электрические машины / А. И. Вольдек. Л.: Энергия, 1978. 832 с.

3. Меркин, Г. Б. Конденсаторные электродвигатели для промышленности и транспорта / Г. Б. Меркин. М.-Л.: Энергия, 1966. 223 с.

4. Тазов, Г. В. Математическая модель асимметричной асинхронной машины / Г. В. Тазов, В. В. Хрущев // Электричество. 1989. № 1. С. 41–49.

5. Торопцев, Н. Д. Трехфазный асинхронный двигатель в схеме однофазного включения с конденсатором / Н. Д. Торопцев. М.: Энергоатомиздат, 1988. 95 с.

6. Мощинский, Ю. А. Математическая модель асинхронного конденсаторного двигателя по методу симметричных составляющих с использованием стандартного программного обеспечения / Ю. А. Мощинский., А. П. Петров // Электричество. 2001. № 7. С. 43–48.

7. Бешта, А. С. Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя при несимметричном питании статоров / А. С. Бешта, А. А. Семин // Электромеханические и энергосберегающие системы. 2014. Вып. 2. С. 10–16.

8. Беспалов, В. Я. Математическая модель асинхронного двигателя в обобщенной ортогональной системе координат / В. Я. Беспалов, Ю. А. Мощинский, А. П. Петров // Электричество. 2002. № 8. С. 33–39.

9. Беспалов, В. Я. Динамические показатели трехфазных асинхронных двигателей, включаемых в однофазную сеть / В. Я. Беспалов, Ю. А. Мощинский, А. П. Петров // Электротехника. 2000. № 1. С. 13–19.

10. Шуруб, Ю. В. Математическая модель асинхронного конденсаторного двигателя с тиристорным управлением / Ю. В. Шуруб // Техническая электродинамика. 1999. № 4. С. 52–56.

11. Лесник, В. А. Учет дифференциальных параметров при математическом моделировании несимметричных режимов работы асинхронных генераторов / В. А. Лесник, Ю. В. Шуруб // Техническая электродинамика. 2003. № 1. С. 45–48.

12. Rogers, G. An Induction Motor MOdel with Deep-Bar Effect and Learage Inductance Saturation / G. Rogers, D. Beraraghana // Arhiv fur Electrotechnik. 1978. Vol. 60, No 4. P. 193–201.

13. Stakhiv, P. Influence of Saturation and Skin Effect on Current Harmonic Spectrum of Asynchronous Motor Powered by Thyristor Voltage Regulator / P. Stakhiv, A. Malyar // Proceedings of the IVth International Workshop Computational Problems of Electrical Engineering, Gdynia, Poland, June 1–3, 2005. Gdynia, 2005. P. 58–60.

14. Фильц, Р. В. Алгоритм расчета переходных процессов в асинхронной машине с учетом насыщения и вытеснения тока / Р. В. Фильц, Е. А. Онышко, Е. Г. Плахтына // Преобразователи частоты для электропривода. Кишинев: Штиинца, 1979. С. 11–22.

15. Mathematical Modeling of Processes in Asynchronous Motors with Capacitors Connected in Series / V. Malyar [et al.] // 16th International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE 2015). Lviv, 2015. P. 107–109.

16. Копылов, И. П. Об уравнениях асинхронной машины в различных системах координат / И. П. Копылов, Р. В. Фильц, Я. Я. Яворский // Известия вузов СССР. Электромеханика. 1986. № 3. С. 22–33.

17. Фильц, Р. В. Математические основы теории электромеханических преобразователей / Р. В. Фильц. Киев: Наукова думка, 1979. 208 с.

18. Маляр, В. С. Математическое моделирование периодических режимов работы электротехнических устройств / В. С. Маляр, А. В. Маляр // Электронное моделирование. 2005. Т. 27, № 3. С. 39–53.

19. Яковлев, М. Н. К решению систем нелинейных уравнений методом дифференцирования по параметру / М. Н. Яковлев // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1964. Т. 4, № 1. С. 146–149.

Для цитирования:

Маляр В.С., Маляр А.В. УСТАНОВИВШИЕСЯ РЕЖИМЫ И СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2016;59(6):536-548. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-6-536-548

For citation:

Malyar V.S., Malyar V.V. ESTABLISHED MODES AND STATIC CHARACTERISTICS OF THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR POWERED WITH SINGLE PHASE NETWORK. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2016;59(6):536-548. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-6-536-548


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова

Н. М. Шайтор
Севастопольский государственный университет,
Севастополь
Россия

А. В. Горпинченко
Севастопольский государственный университет,
Севастополь
Россия

  • Главная
  • О журнале
    • Редакция
    • Редакционная политика
    • Указания для авторов
    • О журнале
  • Выпуски
    • Поиск
    • Последний выпуск
    • Архив
  • Подписка
  • Все журналы
  • Этика

Динамические режимы асинхронных двигателей в приводах энергетических систем и комплексов

Аннотация

Рассматривается проблема проектирования электроприводов с асинхронными двигателями, обеспечивающими оптимальные пусковые и энергетические характеристики в динамических режимах работы электропривода.

Проведен анализ исследований и публикаций, где начато решение этой проблемы. В настоящее время в качестве электрооборудования для привода технологических установок энергетического комплекса применяются в основном асинхронные двигатели. Можно отметить значительный прогресс в создании современных, энергетически эффективных асинхронных машин за счет применения новых материалов и точных расчетов при проектировании. Вместе с тем асинхронные двигатели сохраняют отдельные недостатки, что требует специального выбора определенных конструктивных параметров и характеристик при проектировании электрооборудования для привода технологических установок динамических режимов работы.

Рассмотрены конструктивные особенности и проведен сравнительный анализ энергетических и пусковых характеристик асинхронных двигателей с различными роторами, включая короткозамкнутый ротор типа беличья клетка, с двойной клеткой, с глубоким пазом, массивный и двухслойный ротор в широком диапазоне нагрузок.

Разработана методика выбора альтернативных двигателей с использованием сравнительных диаграмм. Приведены результаты исследований асинхронных двигателей с короткозамкнутым и двухслойным ротором в наиболее тяжелых повторно-кратковременных режимах с частыми пусками, электрическим торможением и реверсом. Определены диапазоны нагрузок и характеристик динамических режимов для проектирования энергетически эффективных судовых рулевых приводов с альтернативными асинхронными двигателями, имеющими двухслойный ротор.

Читать еще:  Что такое egp в двигателе

К таким характеристикам относятся: продолжительность и частота включений, момент инерции, наличие торможений и реверсов приводов, номинальные, пусковые и тормозные потери, характер нагрузок и перегрузок, способы вентиляции альтернативных двигателей.

Ключ. слова

Полный текст

Дополнительные файлы

Рясков Ю. И., Шайтор Н. М., Горпинченко А. В. Обзор видов защиты асинхронных двигателей, используемых в энергетических системах и комплексах // Вестник ИЖГТУ имени М. Т. Калашникова. 2019. Т. 22, № 4. С. 107–115. doi: 10.22213/2413-1172-2019-4-107-115

Исследование пускового момента и механической характеристики асинхронного двигателя для электропривода безредукторного волочильного стана / Р. Г. Мугалимов, В. И. Косматов, А. Р. Мугалимова, С. В. Кретов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». 2019. Т. 19, № 1. С. 93–101.

Радионов А. А., Семенова Е. К. Методы современной диагностики неисправностей высоковольтных асинхронных двигателей // Аллея науки. 2018. Т. 3, № 5 (21). С. 966–975.

Лесков И. А., Троценко В. М., Калимуллин А. Т. Новые разработки в плане энергоэффективности асинхронных двигателей. Экономический расчет асинхронного двигателя с совмещенной обмоткой // APRIORI. Cерия «Естественные и технические науки». 2015. № 2. С. 1–18.

Мартынов К. В., Носков В. А., Пантелеева Л. А. Совершенствование конструкции обмотки статора асинхронного двигателя // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 1 (26). С. 5–12.

Бурков А. Ф. Краткая эволюция электрических машин до конца XIX века // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. 2019. Т. 1, № 4 (40). С. 11–15.

Кононенко К. Е., Кононенко А. В., Щедрин В. В. Экспериментальная проверка влияния обрыва стержня ротора асинхронного двигателя на его работу в случае невыявления дефекта при сборке // Энергия – XXI век. 2018. № 3 (103). С. 50–56.

Особенности работы асинхронного двигателя с двухслойным ротором в корабельных насосных установках / В. Е. Высоцкий, И. В. Гуляев, А. А. Нагирняк, А. М. Олейников, В. Д. Чушев // Электро-техника. 2019. № 1. С. 2–7.

Колпахчьян П. Г., Подберезная М. С., Ольховатов Д. В. Определение параметров схемы замещения асинхронной электрической машины с массивным ротором // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2019. Т. 62, № 5. С. 31–36.

Рясков Ю. И., Шайтор Н. М., Горпинченко А. В. Релейная защита электрических машин в энергетических системах и комплексах // Энергетические установки и технологии. 2020. Т. 6, № 1. С. 77–82.

Высоцкий В. Е., Чушев В. Д., Нагирняк А. А. Малошумный асинхронный двигатель с двухслойным ротором для модельных испытаний // Энергетические установки и технологии. 2017. Т. 3, № 3. С. 33–38.

Шамсиев М. В., Абдулкеримов С. А., Шамсиев А. М. Ограничение бросков тока в электроприводах, содержащих асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором // Электричество. 2020. № 2. С. 22–26.

Гончаров К. А., Денисов И. А. Экспериментальное исследование нагруженности грузоподъемных машин при использовании систем управления с частотным преобразователем // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2018. № 1. С. 31–39.

Плотников С. М., Колмаков В. О. Упрощенное определение момента инерции асинхронного двигателя серии 4А // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2019. Т. 62, № 1. С. 87–91.

Зюзев А. М., Метельков В. П. Аналитический метод оценки нагрева обмотки ротора высоковольтных асинхронных двигателей в пусковых режимах // Электротехнические системы и комплексы. 2017. № 1 (34). С. 60–67.

Напряжение от источника питания прикладывается к обмотке статора, которая намотана как три группы катушек индуктивности. Под действием этого напряжения через обмотку потечет переменный трехфазный ток, который и создаст вращающееся магнитное поле. В момент пересечении замкнутой обмотки ротора, это магнитное поле, в соответствии с законом об электромагнитной индукции, сгенерирует в ней электрический ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора и тока ротора генерирует вращающийся электромагнитный момент, который и приводит ротор в движение. Благодаря сумме этих моментов, создаваемых разными проводниками, появляется результирующий момент заставляющий вращаться ротор в том направлении, в котором находится электромагнитное поле в статоре. Ротор и магнитное поле вращаются с разными скоростями, т.е. асинхронно. У этого типа электрических двигателей скорость, с которой будет вращаться ротор, всегда будет ниже скорости, с которой вращается поле в статоре электродвигателя.

С самого начала вращения ротор может осуществить механическую работу с помощью соединенного с ним вала, который передает вращательное движение машине, насосу, вентилятору и т.п. Принцип работы асинхронного электродвигателя отлично рассказывается в видео, чуть ниже:

АД Устройство

Асинхронный двигатель с фазным ротором используются в приводах, которым необходим большой пусковой момент – лифты, краны, и т.п, но при ограниченном номинале значение тока запуска.

Основные компонентами любого асинхронного двигателя являются ротор и статор, разделяемые воздушным промежутком. Другими частями необходимой составляющей, являются магнитопровод и обмотки, остальные компоненты лишь конструктивные, задача которых обеспечить требуемую жесткость, прочность, возможность вращения и стабильность двигателя

Статор – неподвижная часть электродвигателя, на внутренней стороне которого имеются обмотки. Обмотка статора — это обычно трехфазная обмотка, в которой проводники распределены достаточно равномерно по всей площади статора и уложены пофазно в специальных пазах, сделанных с угловым расстоянием 120 градусов. Статорные фазы соединяются методом «звезды» или «треугольника» — и подключены к трехфазному питанию. В процессе вращения в обмотках возбуждения, осуществляется перемагничивание магнитопровода статора, поэтому он изготавливается из отдельных пластин из специальной электротехнической стали – таким образом удается существенно снизить неизбежные магнитные потери.

Асинхронный двигатель с фазным ротором устройство: на роторе находятся три фазные обмотки, подключенные обычно по схеме «звезда». К медным кольцам закрепленным на валу и изолированных от сердечника ротора, подключены концы фазных обмоток. Благодаря такому устройству и конструкции, асинхронный двигатель с фазным ротором получил название – двигатель с контактными кольцами.

Асинхронный двигатель с фазным ротором особенности запуска

Асинхронные двигатели имеют очень простое устройство, их достаточно легко обслуживать в процессе эксплуатации, а главное низкую себестоимость и высокую надежность. Но у них есть и один огромный минус – они потребляют реактивную составляющую мощности. Поэтому их максимальный уровень мощности сильно зависит от мощности самой системы энергоснабжения. Ко всему прочему, из значения пускового тока втрое выше рабочего. В условиях слабой мощности питающей системы энергоснабжения, это может вызвать серьезное падение напряжение и отключение других работающих устройств. АД с фазными роторами, благодаря наличию в схеме ротора пусковых реостатов, могут запускаться с куда меньшим пусковым током.

Сопротивления, находящиеся в схеме ротора, помогают снизить уровень тока не только во время запуска, но и при торможении, реверсе и даже снижении количества оборотов. По мере того, как АД с фазным ротором набирает скорость , для поддержания нужного ускорения, сопротивления исключаются из схемы. То есть когда разгон завершается и АД выходит на нужную частоту, все резисторы цепи шунтируются, двигатель начинает работать со своей исинной механической характеристикой.

Схема запуска асинхронного двигателя с фазным ротором

При включении напряжения питания реле времени КТ1 и КТ2 срабатывают, размыкая свои контакты. После нажатия тумблера запуска SB1 срабатывает контактор КМ3 и запускается двигатель с сопротивлениями, которые добавлены в схему – в этот момент времени на контакторах КМ1 и КМ2 питание отсутствует. В момент подключения контактора КМЗ, в цепи КМ1 реле КТ1 замыкает свой фронтовой контакт через определенный промежуток времени, заданный задержкой. По истечению которого электродвигатель разгоняется, ток ротора начинает снижаться происходит подлючение контактора КМ1 – осуществляется шунтирование первой пусковой ступени сопротивлений. Ток снова увеличивается, но по мере разгона его значение начинает снижаться. Одновременно с этим отключается реле КТ2, и с выставленной задержкой происходит замыкание контакта в цепи КМ2. Происходит шунтирование второй ступени сопротивлений. Двигатель начинает работать в штатном режиме.

Читать еще:  Что такое мес двигатель

Благодаря ограниченному пускового тока, асинхронный двигатель с фазовым ротором можно применять и в слабых сетях.

Асинхронный двигатель с фазным ротором достоинства и недостатки устройства

Если сравнивать его с обычным АД с короткозамкнутым ротором, имеется два основных преимущества:

На практике АД с фазным ротором идеально подходят для случаев, когда нет необходимости в использовании широкой и плавной регулировки скорости и требуется большая мощность двигателя. Для правильного подключения АД необходимо правильно определить начала и концы фазных обмоток.

Это типовой маломощный электродвигатель мощностью до 1500 Вт, который используется в установках, в которых имеется небольшая нагрузка на валу в момент старта, а также в тех случаях, когда питание ЭД может быть только от однофазной сети. Обычно эти двигатели, используют в стиральных и посудомоечных машинах, небольших вентиляторах и т.п.

У типового трехфазного асинхронного двигателя имеется шесть выводов статорной обмотки – три конца и начала. Выводы могут соединяться методом треугольника или звезды. Для этого на корпусе ЭД сделана коммутационная коробка, в которую выводятся начала фаз С1, С2, С3 и их концы С4, С5, С6.

Подборка книг и инструкций связанная с теорией и практикой работы электродвигателей (ЭД), а также советы и рекомендации по их ремонту

Выбор электродвигателей к производственным механизмам — Представлены характеристики различных типов ЭД для наиболее распространенных механизмов, а также методика и расчет их выбора для обеспечения заданной производительности, надежности и экономичности.

Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов — основы теории, конструкция и схемы вентильных ЭД постоянного тока. Дан анализ путей повышения их энергетических показателей и расширения функциональных возможностей. Подробные схемы датчиков положения ротора и частоты вращения с описанием их работы

Как самому рассчитать и сделать электродвигатель — рассмотрены расчеты ЭД малой мощности постоянного и переменного тока. Даны схемы включения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть

Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и способы их защиты -Расказывется о работе АД при отключениях и несимметрии напряжения, питании от маломощных сетей, большой неравномерности нагрузки

Ремонт электродвигателей Советы по выявлению и устранению неисправностей, организации и проведения ремонтов и испытаний ЭД различных типов

Автоматическое измерение выходных параметров электродвигателей

Для оценки свойств любого электродвигателя (ЭД) осуществляют построению механической характеристики. Механическая характеристика электродвигателя описывает определенную зависимость между электромагнитным моментом и частотой скольжения, либо вращения. Скольжение – показывает, насколько частота вращения магнитного поля обгоняет частоту вращения ротора ЭД.

Имеется интересная особенность применения асинхронного двигателя с фазным ротором в роли асинхронного преобразователя частоты (АПЧ), т.к частота тока протекающего в роторе ЭД пропорциональна частоте статорного тока, а коэффициент пропорциональности – скольжение. С помощью подобных преобразователей из типовой частоты 50 Гц можно получить 100, 200 Гц.

Типовая схема подсоединения АПЧ выглядит, как на рисунке ниже:

Обмотка статора подсоединена к питающей сети с частотой f1. Частоту f2 получают с концов роторной обмотки ротора, куда она поступает через контактные кольца и щетки.

Для такого преобразования частоты требуется приводной двигатель, механически связанный с ротором АПЧ. Таким ЭД может быть синхронный или асинхронный двигатель, если необходимо задать определенную частоту, а можно использовать двигатель постоянного тока, если нужно осуществлять плавную регулировку частоты.

Если ротор преобразователя вращать в режиме противовключения, т.е против направления вращения магнитного поля статора, то скольжение s>1, поэтому, частота получаемого тока будет выше частоты статора f2>f1. Если поменять направление вращения приводного двигателя (ПД), то скольжение s 1, а значит, в числителе формулы выше должен стоять знак плюс, иначе s

Механическая характеристика

Как основная, помогает проводить детальный анализ работы электродвигателя. Она выражает непосредственную зависимость частоты вращения самого ротора от электромагнитного момента n=f (M).

Из графика видно, что на участке 1-3 машина работает устойчиво. 3-4 — непосредственный отрезок неустойчивой работы. Идеальный холостой ход соответствует точке 1.

Точка 2 — номинальный режим работы. Точка 3 — частота вращения достигла критического значения. Пусковой момент Мпуск — точка 4.

Наши читатели рекомендуют! Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Существуют технические способы расчетов и построения механической характеристики с учетом данных паспорта.

В первоначальной точке 1 n0=60f/p (p – количество пар полюсов). Поскольку nн и Mн непосредственно координаты точки 2, расчет номинального момента производится по формуле Mн=9,55*Рн/ nн, где Рн — номинальная мощность. Значение nн указано в паспорте двигателя. В точке 3 Mкр=Mнλ. Пусковой момент в точке 4 Mпуск=Mн*λпуск (значения λ, λпуск — из паспорта).

Механическая характеристика, построенная таким образом, называется естественной. Изменяя другие параметры можно получить искусственную механическую характеристику.

Полученные результаты дают возможность проанализировать и согласовать механические свойства самого двигателя и рабочего механизма.

ЭТО ИНТЕРЕСНО

Опыт модернизации питательных насосов Костромской ГРЭС

Статья написана в соавторстве технических специалистов концерна KSB и «Интер РАО — Электрогенерация».

Международный концерн KSB — 150 лет опыта, изобретений и инноваций

Свой юбилейный год KSB проводит под девизом «Люди. Идеи. Достижения».

Бесперебойная работа систем утилизации. Предотвращение засоров насосных агрегатов в системах водоотведения

На вебинаре мы рассмотрели факторы, влияющие на бесперебойную работу систем водоотведения, сделали анализ систем и предложили конструктивные решения KSB для исключения засоров.

Пресс-релизы

Страницы истории KSB: заводской оркестр в Пегнице

Международный концерн KSB — 150 лет опыта, изобретений и инноваций

Опыт модернизации питательных насосов Костромской ГРЭС

Компанию KSB заказчики признали лучшей в номинации «Центробежные насосы»

Новый консультационный центр по аддитивному производству

  • Мобильное приложение KSB Sonolyzer®
  • FluidFuture®
  • «Умная» производительность нерегулируемых насосов
  • Индустрия 4.0
  • Технические преимущества насосов Eta
  • ETA и Я

KSB в Пегнице.Технология, которая определяет мировые стандарты

Завод в Пегнице (Германия) — это не только одно из крупнейших и самых современных предприятий KSB в мире, это также пилотная площадка для цифровой трансформации. Наше цифровое производство и технология трехмерной печати металлами являются воплощением передовых методик и инновационных достижений.

Полезные инструменты

Электронный каталог продукции

Электронная библиотека технической документации и рекламных материалов

Материалы по продуктам Каталог продукции KSB, брошюры и технические описания, CAD платформа

  • ВОДОСНАБЖЕНИЕ
  • СТОЧНЫЕ ВОДЫ
  • ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
  • ЭНЕРГЕТИКА
  • ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
  • ГОРНОЕ ДЕЛО
  • АВТОМАТИЗАЦИЯ

Модернизация системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода

  • Статья
  • Об авторах
  • Cited By

Аннотация

Ключевые слова

Для цитирования:

Шестаков И.В., Сафин Н.Р. Модернизация системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2019;(2):25-33. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2019-2-25-33

For citation:

Shestakov I.V., Safin N.R. Modernization of a frequency-controlled asynchronous electric drive system. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2019;(2):25-33. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2019-2-25-33

Читать еще:  Гремят клапана на холодном двигателе

Современный частотно-регулируемый асин­хронный электропривод (ЧРАП) широко при­меняется в изделиях военной техники (ВТ) и конверсионной гражданской техники (ГТ). Для изделий первой категории предъявляют жесткие требования к условиям эксплуатации (согласно комплексам государственных во­енных стандартов «Климат-6» и «Мороз-7»). В изделиях ВТ электропривод часто функци­онирует в условиях термонагруженного отсе­ка, что усложняет задачу снижения тепловы­деления и рассеивания теплоты. Требования по обеспечению гарантийной работоспособ­ности приводного/рабочего механизма связа­ны в том числе и с повышением энергоэффек­тивности ЧРАП. Такая задача в первую оче­редь зависит от степени минимизации потерь в компонентах электропривода, приводящих к снижению КПД и повышенному энергопо­треблению. Исходя из этого задача повыше­ния энергоэффективности ЧРАП в таких ус­ловиях является актуальной.

Объект данного исследования — частот­но-регулируемый электропривод переменно­го тока, в силовой цепи которого использует­ся трехфазный асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором, получающим питание от преобразователя частоты (ПЧ) — силового контроллера с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Цель работы — исследование возможно­стей повышения энергоэффективности ЧРАП электрогидравлической трансмиссии самоход­ного грузоподъемного агрегата. Статья являет­ся продолжением работ [1, 2].

Один из вариантов решения данной за­дачи — совершенствование существующих и разработка новых типов электродвигателей и полупроводниковых преобразователей с улуч­шенными энергетическими характеристиками.

В области электромашиностроения оте­чественная промышленность освоила произ­водство нескольких серий асинхронных дви­гателей общего назначения (АИ, 5А), которые имеют более высокие КПД и коэффициент мощности. Например, в ОАО «РУСЭЛПРОМ» разработаны специальные крановые двигатели серий 5МТК и 7МТК для частотно-регулиру­емого электропривода. Усовершенствованные технологии изготовления обмотки статора и конструкция магнитопровода обеспечивают надежную эксплуатацию электродвигателей при питании от автономных инверторов на­пряжения (АИН) и возможность регулирова­ния частоты вращения в широком диапазоне.

Сегодня успехи в развитии микропроцес­сорных средств управления позволяют решать практические задачи повышенной сложно­сти: идентификация параметров, оценка пере­менных состояния, адаптивное и оптимальное управление. Одним из важных направлений в теории и практике регулируемого электроприво­да остается разработка электроприводов, кото­рые обеспечивали бы технологические процес­сы при минимальных энергетических затратах.

Практически допустимые области функ­ционирования ЧРАП определяются в том числе и законом частотного управления , а также каче­ством его реализации в системе регулирования.

В настоящее время существуют разные типы управления АД, реализуемые в ПЧ на основе скалярных и векторных систем управления. В свою очередь векторное управление под­разделяется на два основных вида: с прямой ориентацией по полю ротора (с датчиком по­ложения ротора, датчиком скорости, датчиком магнитного потока в воздушном зазоре) и с косвенной ориентацией по полю ротора (без- датчиковое/бессенсорное).

Соответственно векторное управление с косвенной ориентацией по полю ротора по­зволяет исключить использование датчика ско­рости (и датчиков других типов), но данный вариант имеет следующие неблагоприятные особенности:

  • в режиме малого скольжения, т. е. при работе электродвигателя на низких скоростях, снижается качество регулирования скорости [3];
  • усложняется и удорожается програм­мно-аппаратная часть электропривода.

Использование датчика скорости в опре­деленной степени снижает надежность ЧРАП ввиду влияния комплекса физико-химических и климатических факторов широкого диа­пазона, например в условиях ограниченного термонагруженного пространства с вибро-, те­пловыделяющим оборудованием. Кроме того, датчики скорости (энкодеры) в крановом элек­троприводе являются наименее надежными элементами, выход их из строя происходит достаточно часто [4]. С учетом всего этого в системе управления ЧРАП реализован скаляр­ный принцип частотного управления.

Одновременно с этим выбор АД для ра­боты в регулируемом электроприводе является важным фактором, влияющим на надежность эксплуатации приводного/рабочего механиз­ма. В данной статье рассматривается новый тяговый АД (получен патент РФ на полезную модель № 184734) с характеристиками: номи­нальная мощность PN = 15 кВт; номинальное фазное напряжение UN = 127 В; номинальный фазный ток IN = 50,38 А; частота питающего напряжения fN = 400 Гц; КПД ηΝ = 0,8651; коэффициент мощности cos φ N = 0,8351; чис­ло пар полюсов z p = 4; относительное сколь­жение s = 0,0269; скорость вращения ротора Ω2 = 611,42 рад/c. Электродвигатель изготов­лен для работы в жестких условиях при вли­янии различных негативных факторов. Для повышения надежности электродвигателя его конструктивная часть включает в том числе охлаждающий контур с охлаждающими канала­ми, проходящими через ротор в осевом направ­лении. Принятые решения позволяют улучшить циркуляцию внутреннего воздуха и тем самым усовершенствовать схему теплопередачи.

Питание АД от ПЧ не улучшает энерге­тические показатели системы ЧРАП непосред­ственно. Наоборот, потери электродвигателя, питаемого от инвертора с ШИМ напряжением, выше, чем у электродвигателя, питаемого от сети. Это обусловлено как снижением действу­ющего напряжения в номинальном режиме, так и увеличенными электрическими и маг­нитными потерями из-за влияния коммутаци­онной составляющей тока и высших гармоник поля статора [5].

Таким образом, эксплуатация ЧРАП со­провождается рядом негативных факторов: возникновение высших гармоник питающего напряжения, вызывающих импульсные пере­напряжения в обмотке статора; повышенные потери, снижающие КПД, полезную мощность АД и увеличивающие нагрев; дополнитель­ные инерционные моменты, увеличивающие вибрацию и шум.

В связи с этим для количественной оцен­ки предлагается проведение сравнительного математического моделирования конкретно­го АД при питании от сети и от ПЧ. Модели­руется режим прямого пуска АД до скорости идеального холостого хода (Ω0N = 628,3 рад/с) с последующим набросом активной нагрузки Mc = 24,6 Н-м, при этом скорость снижается до Ω2 = 611,4 рад/с (относительное значение номи­нальной скорости ротора ω 2 = 1 — s = 0,9731).

Проведен ряд экспериментов на мате­матической модели АД при питании от сети (рис. 1), в которых снимались значения ско­рости вращения вала, действующие значения токов и электрических потерь в обмотках ста­тора и ротора. Результаты приведены в табл. 1.

Рис. 1. Математическая модель АД при питании от сети в пакете MATLAB Simulink

Каталог электродвигателей

Украинское производство тяговых электродвигателей в Новой Каховке выполняется в полном соответствии с действующими стандартами. В настоящее время в каталоге завода представлены такие устройства, как:

  1. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Они представляют собой модели, которые отличаются своим общим применением в промышленности. Такие устройства считаются универсальными. Их можно использовать в районах как с холодным, так и умеренным климатом. На предприятии имеются возможности для изготовления оборудования, предназначенного для морского применения.
  2. Взрывозащищенные электродвигатели. Они являются асинхронными устройства, функционирующими посредством трехфазного переменного тока сети. Отличительной особенностью таких моделей является то, что они могут использовать в регионах с умеренным и тропическим климатом. Доступно также оборудование, имеющее отдельное питание от частотно регулируемых преобразователей.

Электродвигатели общепромышленные — с короткозамкнутым ротором и взрывозащищенные — пользуются в настоящее время спросом у покупателей. Это обусловлено их основными плюсами, на которые обращают внимание наши клиенты во время покупки.

Основные преимущества

Услуги Новокаховского электромеханического завода отличаются рядом преимуществ, на которые обращают внимание пользователи в своих отзывах. Они заключаются в следующем:

  1. Стопроцентная гарантия качества. Все модели электродвигателей проходят тестовые испытания. Продукция компании соответствует действующим в стране нормам.
  2. Действительно доступные цены. Стоимость оборудования завода является доступной большинству клиентов компании.
  3. Наличие сервисного обслуживания. Оно включается в себя технические консультации, замену изношенных деталей, а также гарантийный и послегарантийный ремонт.

При возникновении вопросов вы можете связаться с нашими специалистами по указанным на сайте номерам телефонов.

100% гарантия качества

Все электродвигатели нашей компании прошли необходимые испытания и соответствуют всем стандартам и требованиям технической безопасности

Доступные цены

Мы производим и реализуем продукцию по ценам ниже рыночных, что станет максимально выгодным для вас и вашей компании

Сервисное обслуживание

Мы осуществляем технические консультации, обслуживание, гарантийный и послегарантийный ремонт электродвигателей

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector