19. Почему при частотном регулировании скорости асинхронного двигателя необходимо одновременное изменение частоты и напряжения? в каком соотношении измеряются эти два параметра?

19Б. Принципы работы преобразователей частоты с промежуточным звеном постоянного тока для управления асинхронными двигателями. Как в нём регулируется частота и напряжение? (Савин)

Частотный преобразователь — электронное устройство для изменения частоты электрического тока (напряжения)

Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока. В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе, фильтруется фильтром, сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению КПД и к некоторому ухудшению массо-габаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью.

Для формирования синусоидального переменного напряжения используют автономный инвертор, который формирует электрическое напряжение заданной формы на обмотках электродвигателя (как правило, методом широтно-импульсной модуляции). В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.

Главным достоинством тиристорных преобразователей частоты, как и в схеме с непосредственной связью, является способность работать с большими токами и напряжениями, выдерживая при этом продолжительную нагрузку и импульсные воздействия. Они имеют более высокий КПД (до 98 %) по отношению к преобразователям на IGBT транзисторах.

Преобразователи частоты являются нелинейной нагрузкой, создающей токи высших гармоник в питающей сети, что приводит к ухудшению качества электроэнергии.

20. Защита электрических сетей до 1000 в плавкими предохранителями и расцепителями автоматических выключателей. Преимущества и недостатки. Чувствительность и селективность.

Электрическая сеть напряжением до 1 кВ является четырехпроводной сетью с глухозаземленной нейт­ралью. В такой сети основными видами повреждения являются короткие замыкания между фазами и отдельных фаз на землю.

Для защиты таких сетей используют плавкие предохранители и автоматиче­ские выключатели, снабженные устройствами токовой защиты.

Использование предохранителей является более дешевым и простым вариантом защиты. При за­щите от перегрузки они оказываются более экономически эффектив­ными.

Автоматические выключатели используются:

1. Если есть необходимость в устройствах автоматики АПВ и АВР.

2. Требуется обеспечить более быстрое по сравнению с плавкими предохранителями вос­становление питания

ЗАЩИТА ПЛАВКИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ

Плавкая вставка предохранителя является токовой защитой с зависимой характеристикой выдержки времени. Она защищает элемент электроустановки от токов к. з. и от длительной перегрузки.

При выборе предохранителя F1 для защиты сети напряжением U_c следует учитывать условия Uпр.ном = Uс и Iпр.откл.>=Iк.max

Плавкая вставка выбирается по условиям:

где - максимальный рабочий ток, проходящий через предохранитель;

=1,1 ... 1,25 - коэффициент отстройки.

Ток кратковременной перегрузки принимается большим из двух значений, рассчитанных:

1. Для случая пуска наиболее мощного электродвигателя и режима нормальной работы всех остальных потребителей, подключенных к защищаемой линии, по формуле

2. Для режима самозапуска оставшихся в работе электродвигателей, возникающего после отключения поврежденного потребителя, на­пример после отключения электродвигателя M1 предохранителем F2 (к. з. в точке К2),

Где - сумма максимальных рабочих токов всех потребителей, присоединенных к защищаемой линии без учета электродвигателя с наибольшим пусковым током;

- сумма пусковых токов самозапускающихся электродвигателей; n - число потребителей;

т — число самозапускающихся электродвига­телей;

— коэффициент спроса, k_c <1.

k_пер – коэффициент перегрузки. Для тяжелых условий пус­ка рекомендуется принимать k_пер =1,6... 2, а для легких условий пуска принимать k_пер = 2,5.

В зависимости от характера нагрузки и необходимости само­запуска номинальный ток плавкой вставки выбирают по первому или второму условию, принимают ближайшим по шкале стандартных токов и проверяют по третьему условию.

Вы­бранные предохранители должны удовлетворять требованиям чув­ствительности и по возможности действовать селективно.

Чувствительность:

1. Номинальный ток плавкой вставки должен быть по крайней мере в три раза меньше минимального тока КЗ в конце защи­щаемого участка I_к min (для предохранителя F1 точка К1 на рисунке. В сетях напряжением до 1кВ с глухозаземленной нейт­ралью расчетным при определении I_к min является замыкание меж­ду фазным и нулевым проводами. Ток КЗ

где - фазное напряжение сети, В;

- полное электрическое сопротивление трансформатора, питающего сеть, Ом;

—полное сопротивление петли фазной - нулевой провода линии, Ом.

2 Для сетей, защищаемых от перегрузки должно выполняться условие ; коэффициент определяется типом изоляции проводников и ус­ловиями их эксплуатации.

Селективность:

Если в сети установлено несколько последова­тельно включенных предохранителей, то при коротком замыкании в сети должен перегорать ближайший к точке КЗ предохранитель. На рисунке последовательно с предохранителем F1 включены предохранители F2—F6. Селективная работа предохранителей обеспечивается, если при коротком замыкании, например, в точке К₂ плавкая вставка предохранителя F2 перегорит и разорвет дугу раньше, чем плавкая вставка предохранителя F1 нагреется до температуры плавления. Это возможно в том случае, если защитная характеристика 1 плавкой вставки предохранителя F1 располагается выше защитной характеристики 2 плавкой встав­ки предохранителя F2.

Для определения этого условия строится карта селективности.

Защита автоматами:

Автоматические выключатели выбираются по условиям:

где Кз=1,4

Автоматические выключатели снабжают специальными устройствами токовой релейной защиты, которые в зависимости от типа выключателя выполняют в виде токовой отсечки, максимальной токовой защиты с зависимой и не­зависимой выдержкой времени или в виде двухступенчатой и трех­ступенчатой токовой защиты. Для этого используют электромагнитные, тепловые и полупроводниковые устройства защиты, которые называют рас­цепителями.

Автоматические выключатели, защита которых содержит все три ступени защиты или вторую и третью называются селективными.Основными характеристиками автоматических выключателей являются номинальный ток Iа.ном, номинальное напряжение Uа.ном и номинальный ток отключения Йа.откл.

Номинальным током отключения называется наи­больший ток, который выключатель способен отключить.

Расцепи­тель характеризуется номинальным током Iрц.ном, током срабатывания Iс.з. и выдержкой времени tс.з. каждой ступени. Номинальным током расцепителя на­зывается наибольший ток, длительное прохождение которого не вызывает срабатывания расцепителя.

С помощью тепловых расцепителей выполняется максимальная токовая защита. Сочетание теплового расце­пителя с электромагнитным мгновенного действия позволяет вы­полнить двухступенчатую токовую защиту, содержащую первую и третью сту­пени. При перегрузках защита действует с зависимой выдержкой времени, а при коротких замыканиях - без выдержки времени. Такое устройство защиты можно назвать комбинированным расцепителем. Основные принципы выбора параметров токовой защиты сохраняются и при выпол­нении защиты расцепителями автоматических выключателей.

Общим для всех автоматических вы­ключателей является соблюдение следующих требований:

1. Номинальное напряжение Uа.ном должно быть не ниже напря­жения сети.

2. Номинальный ток отключения должен быть больше максимального тока КЗ.

3. Номинальный ток расцепителя Iрц.ном выбирается больше максимального рабочего тока Iраб.max

Iрц.ном >= Iраб.max

Чувствительность.

В сетях, защищаемых только от токов КЗ, для обеспечения чувствительности расце­пителей должны выполняться следующие условия:

1. Минимальный ток КЗ I_к.min в наиболее удаленной точке защищаемой линии должен быть больше номинального тока расцепителя I_{рц ном} в три и более раза;

2. Для автоматических выключателей, имеющих только расцепи­тели мгновенного срабатывания, должны выполняться соотношения:

- I_к.min > 1,4 , для выключателей с I _ном < 100 А

- I_к.min > l,25 для всех других выключателей.

Для сетей, защищаемых и от перегрузки, должны выполняться сле­дующие условия:

1. < (0,8...1) I_дл.доп. для выключателей, имеющих только мгновенно действующий расцепитель;

2. I_рц.ном < I_дл.доп. для ненастраиваемого расцепителя.

3. < (1...1,25) I_дл.доп. для расцепителя с регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой.

Селективность.

Для обеспечения селективного отключения последо­вательно установленных автоматических выключателей защитные характеристики их расцепителей не должны пересекаться. При этом ток срабатывания расцепителя выключателя, расположенного ближе к источ­нику питания, должен быть больше, чем у расцепителя автоматическо­го выключателя, более удаленного от источника питания сети.

Для графического определения селективности строится карта селективности.

В сетях напряжением до 1 кВ необходимо обеспечивать селективность при совме­стной работе автоматических выключателей и плавких предохраните­лей. При этом ближе к источнику питания может находиться как вы­ключатель, так и предохранитель.

Если ближе к источнику автоматический выключатель, селективного дейст­вия можно достичь, используя селективный автоматический выключатель. Селективность обеспечивается и при неселективном вы­ключателе, если ток наибольшей уставки отсечки выше, чем ток КЗ при повреждении за предохранителем. Если ближе к ис­точнику находится предохранитель, требования к селективности такие же, как и при согласовании между собой защитных характеристик пре­дохранителей. Для графического определения селективности строится карта селективности.