40

Міністерство освіти і науки України

Одеська національна морська академія

Розрахунково-графічна робота

З дисципліни «Оптимізація режимів роботи суднових електроприводів»

Електричні машини в регульованому приводі

Виконав

К-т 6-го курсу

Групи 2362

Напрямку «Електромеханіка»

Урсу И.

Перевірив: Петрушин В.С.

Одеса 2013

Зміст

Вступ.........................................................................................................................3

1. Таблиця даних двигуна 4А280S6......................................................................5

2. Аналіз роботи АД в різних системах регульованого електроприводу на різне за характером та величиною навантаження.............................................11

2.1. Робота АД при живленні від НПЧ з АІН, ШИМ...............................17

2.2. Робота АД при живленні від НПЧ з АІС, АР....................................20

2.3. Робота АД при живленні від НПЧ з АІН, АР....................................22

2.4. Робота АД при живленні від НПН, ПР..............................................24

2.5. Робота АД при живленні від БПЧ СУ ПМ (циклоінвертор)............28

Додаток...................................................................................................................36

Висновки................................................................................................................39

Список літератури.................................................................................................40

Вступ

В РГР виконується аналіз роботи серійного загальнопромислового асинхронного двигуна у стаціонарних та нестаціонарних режимах при його використані у різних системах регульованого електроприводу, що відрізняються між собою типами напівпровідникових перетворювачів, видами регулювання, законами частотного керування, видами навантаження та режимами його роботи. При виконанні РГР використовується розроблений на кафедрі електричних машин ОНПУ програмний комплекс DIMASDrive [3]. У даних методичних вказівках детально розглядаються окремі частини РГР. Перша частина пов’язана з формуванням вхідних даних до розрахунків за допомогою програмного комплексу DIMASDrive та тестуванням заданого двигуна. Друга частина присвячена аналізу роботи заданого двигуна в усталених режимах, при його використанні в найбільш поширених регульованих приводах. Третя частина пов’язана з розглядом перехідних режимів асинхронних двигунів при їх живленні від напівпровідникових перетворювачів різного типу. Методичні вказівки можуть бути використані при дипломному проектуванні асинхронних двигунів, що працюють у складі регульованих електроприводів.

Для порівняння результатів розрахунків із параметрами серійних двигунів потрібні також наступні дані:

• параметри Т-подібної заступної схеми, визначені в ;

• ККД та коефіцієнт потужності при 100 % навантаженні;

• вібраційна швидкість (ефективне значення);

• акустичний шум;

• кратність максимального моменту;

• кратність пускового моменту;

• кратність пускового струму;

• типи підшипників та їх динамічна вантажопідйомність;

Номінальний фазний струм, що визначається як:

Номінальний момент на валу двигуна, що визначається як:

У вищевказаних формулах номінальна потужність Р_2ном – у Ватах.

Таблиця 1.

Найменування параметра	Одиниця виміру	Іденти-фікатор
1	2	3
Номінальні й обмотувальні дані
Потужність двигуна (для серійних номінальна)	75кВт	PN
Фазна напруга (для серійних номінальна)	220	UN
Ковзання (для серійних номінальне)	0,022 в.о.	SN
Число пар полюсів	3	EP
Частота (для серійних номінальна)	50 Гц	F1
Ступінь захисту IP	44	IP
Матеріал станини	Сталь	МST
Клас ізоляції	F(155C)	KLIZ
Матеріал станини	Сталь	МАТС
Висота осі обертання	280 мм	HOBP
Число пазів статора	72	ZS
Число пазів ротора	86	ZR
Число витків обмотки статора	72	W1
Площа перетину ефективного провідника обмотки	6,432 мм2	EQ1
Число паралельних гілок обмотки статора	4	EA
Відносне скорочення кроку обмотки статора	0.778	BT
Висота ізольованого провідника статора	1.15 мм	AI
Число елементарних провідників в ефективному	2	NEM
Схема з’єднання обмотки статора (/Y)	зірка
Зовнішній діаметр статора	520 мм	EDA
Внутрішній діаметр статора	370 мм	DS
Величина повітряного зазору	0,8 мм	EDEL
Внутрішній діаметр ротора	110 мм	DJ
Довжина сердечника статора	190 мм	L1
Коефіцієнт заповнення сталлю	0,9	KZC
Ширина короткозамкненого кільця ротора	18 мм	AK
Висота короткозамкненого кільця ротора	50 мм	BK
Ознака форми паза статора	1,5	PRP
Скіс пазів статора	0мм	BSK
Коефіцієнти
Коефіцієнт тепловіддачі з поверхні	94 Вт/(м2 °С)	ALF1
Коефіцієнт підігріву повітря	2.35 Вт/(м2 °С)	ALFV
Коефіцієнт зміни умов охолодження	4.9	MV
Геометрія паза статора
Висота паза статора	37.8 мм	H1
Висота клина паза статора	3 мм	GKL
Ширина шліца паза статора	5,2 мм	MS
Ширина паза статора	8.8 мм	GP
Висота шліца паза	1,1 мм	HS

1	2	3
Геометрія паза ротора
Діаметр першої окружності паза ротора	3.5 мм	PD1
Діаметр другої окружності паза ротора	5 мм	PD2
Відстань від поверхні ротора до центра першої окружності	2 мм	PA0
Відстань між центрами окружностей	30 мм	PA2
Ширина шліца паза ротора	0 мм	MR
Висота перемички над пазом	0,5 мм	HF

Додаткові вихідні дані
Загальні ИД
Однобічна товщина ізоляції в пазу статора	0,91 мм	BIP1
Однобічна товщина ізоляції лобової частини	0,36 мм	BIL1
Середнє значення коефіцієнта теплопровідності	0,16 Вт/(м °З)	W11
Умовний периметр поперечного переріза ребер	570мм	WR
Питомий опір матеріалу обмотки статора	0,021Ом·мм2/м	RO1
Питомий опір матеріалу обмотки ротора	0,04 Ом·мм2/м	RO2
Питома маса матеріалу обмотки ротора	8.9 г/см3	GMR
Вартість 1 кг матеріалу обмотки ротора	4 у. о.	CMM
Марка електротехнічної сталі	2312	ST
Коефіцієнт завантаження двигуна по потужності	85 в. о.	KZG
Вартість 1 квт·ч електроенергії	1 у. о.	STAE
Час роботи до капітального ремонту	0,05 років	CHLR
Вартість установки компесаційного пристрою із реактивною потужності 1 кВАр	5 у.о.	STRE
Вартість 1 кг матеріалу обмотки статора	10 у. о.	STMS
Вартість 1 кг активної сталі	6 у. о.	STST
Вартість 1 кг конструктивних матеріалів	3 у. о.	STKM
Вартість 1 кг ізоляції	4 у. о.	STIS
Повний тепловий розрахунок
Довжина крил короткозамкненого ротора двигуна	55 мм	EF
Число крил	1	NFF
Висота вентиляційних крил (максимальна)	52мм	HF1
Висота вентиляційних крил (мінімальна)	45 мм	HF2
Товщина крил	1 мм	TFF
Зовнішній діаметр станини	560 мм	DC
Діаметр підшипника	180 мм	DNW
Відстань між підшипниками двигуна	711 мм	ELB
Зовнішній діаметр лопаток вентилятора	556 мм	D2B
Ширина лопатки вентилятора	140 мм	EB1
Середня ширина каналу між ребрами станини	48 мм	AP
Висота ребер станини	50 мм	BP
Ширина ребер станини	мм	EHP
Число ребер станини	32	NP
Довжина заточення підшипникового щита	4 мм	BW
Число обертів незалежного вентилятора	10 об/хв	ОНВ
Механічний розрахунок
Границя текучості	100000 Па	m_PTEK
Динамічна вантажопідйомність	10000000 Н	m_CBD
Маса муфти	100 кг	m_MAC
Коефіцієнт передачі	3 в.о.	m_KP
Висота шпонки	1 мм	m_HIP
Розміри вала
Х1	12мм	m_X1
X2	25мм	m_X2
Y1	45мм	m_Y1
Y2	25мм	m_Y2
А	45мм	m_A
В	368мм	m_B
С	343мм	m_C
Розміри муфти
Діаметр по центрах пальців муфти	135 мм	m_d1
Виступ вала Z1	190 мм	m_z1
Діаметри вала
d1	70 мм	m_di1
d2	70 мм	m_di2
d3	80 мм	m_di3
d4	85 мм	m_di4
d5	100 мм	m_di5
d6	110 мм	m_di6
d7	100 мм	m_di7

Таблиця В.1. Порівняння каталожних даних із даними ЕОМ

Величина	Одиниці	Дані каталогу	Дані ЕОМ
Номінальна потужність на валу, Р2	кВт	75	73
Номінальний фазний струм, Iфн	А	139	290
Номінальне число обертів валу, n	об/хв.	1000	936
Номінальне ковзання, s	в.о.	0.018	0.022
Максимальне перевищення температури обмотки статора, max	0С	40	105
Номінальний момент на валу	Нм	732	732
Параметри Т-подібної заступної схеми
Активний опір обмотки статора, R1	Ом	0.0477	0.0375
Індуктивний опір обмотки статора, Х1	Ом	0.1847	0.084
Приведений активний опір обмотки ротора, R2	Ом	0.0282	0.0216
Приведений індуктивний опір обмотки ротора, Х2	Ом	0.1941	0.144
Активний опір кола намагнітнення, R	Ом	0.4749	0.166
Индуктивний опір кола намагнітнення, Хм	Ом	5.865	4.9
Коефіцієнт потужності за 100% навантаження, cos φ	в.о.	89	86
ККД за 100% навантаження, η	%	92	81
Кратність пускового струму, Kiп	в.о.	7	1.75
Кратність пускового моменту Кмп	в.о.	1.2	0.54
Кратність максимального моменту, Кmах	в.о.	2.2	1.06

Рис.1. Вал асинхронного двигуна

2. Аналіз роботи ад в різних системах регульованого електроприводу на різне за характером та величиною навантаження

Найбільш поширеними регульованими електроприводами на сьогодні є такі, що використовують напівпровідникові перетворювачі напруги (НПН) та напівпровідникові перетворювачі частоти (НПЧ). Останні діляться на безпосередні перетворювачі частоти (БПЧ) та на двоступеневі (інверторні) НПЧ із проміжною ланкою постійного струму. Інверторні перетворювачі у свою чергу діляться на НПЧ із автономними інверторами напруги (АІН) та на НПЧ із автономними інверторами струму (АІС).

У таких системах регульованих електроприводів пропонується проаналізувати роботу заданого двигуна. Аналіз роботи пов’язано з отриманням регулювальних характеристик (залежностей електричних, енергетичних, механічних, теплових, віброакустичних показників від частоти обертання при роботі електропривода на певне за характером та величиною навантаження). Крім того необхідно отримати значення основних критеріїв при заданому діапазоні регулювання або тахограми із визначеними тривалостями роботи на конкретних частотах обертання. До основних критеріїв роботи двигуна відносяться ККД та коефіцієнт потужності, а також зведені витрати АД та усього електроприводу. У висновках до РГР має бути проведений аналіз цих критеріїв при двох варіантах завдання вимог до функціонування двигуна.

Робота ад при живленні від нпч із автономними інверторами

Формуються потрібні для аналізу моделі трьох таких перетворювачів. До бази даних відповідних перетворювачів заносяться Наступні вхідні дані: номінальна потужність (кВт), максимальна вихідна напруга (В) – для АІН, максимальна вихідний струм (А) – для АІС, номінальна вихідна частота (Гц), діапазон зміни частоти (Гц), ККД (в.о.), коефіцієнт схеми випрямляча, в.о. (залежить від схеми; для трифазної мостової – 2,326), коефіцієнт схеми інвертора, в.о. (залежить від схеми; для трифазної мостової – 0,471), коефіцієнт ланки постійного струму, в.о. (для АІН), коефіцієнт закону керування , в.о. (для АІС), вид зворотного зв’язку (відсутність ЗЗ – розімкнена система електроприводу, ЗЗ за швидкістю), кількість графіків (кількість частот, що аналізуються, або значень швидкості за наявності ЗЗ), коефіцієнт зміни частоти, в.о. (початкове значення та величина прирощення), частота комутації, кГц (для ШІМ), швидкість зміни частоти, Гц/с (для аналізу перехідних процесів), закон частотного керування, бустерна напруга, В (для АІН), вартість перетворювача, у.о., вага перетворювача (кг), габаритні розміри (мм). Три останні параметри потрібні для аналізу масо-вартісних та споживацьких властивостей системи електроприводу і їх значення вибираються достатньо приблизно. Викладач визначає закон частотного керування першого або другого рівнів, що використовується у тому чи іншому перетворювачі.

До комплексної математичної моделі включається також модель навантаження, що визначається вентиляторною, ліфтовою, або тяговою навантажувальними характеристиками.

У відповідності із вказівками у HELP, що додається до програми DIMASDrive, створюється експеримент моделювання, в якому із вище перелічених моделей формується комплексна модель усього ЕП. При цьому необхідно вказати вхідні дані експерименту, до яких відносяться параметри мережі живлення та момент інерції механічної частини приводу.

У результаті моделювання отримуються різноманітні регулювальні характеристики. Приклади регулювальних характеристик при різних видах регулювання наведені у додатку Г. Змінюючи параметри навантаження та число графіків у вхідних даних НПЧ, студент має досягти найбільшого діапазону регулювання, при якому не спостерігатиметься перевищення температури обмотки статора вище припустимого. Сімейство механічних характеристик при заданих параметрах регулювання, із накладеною характеристикою навантаження, та усі регулювальні характеристики подаються у пояснювальної записці.

Далі наведені дані двигуну 4А280S6, який використовується для подальших експериментів.

Рис.2. Номінальні та обмоточні дані

Рис.3. Загальні геометричні дані двигуна

Рис.4. Коефіцієнти

Рис.5. Геометрія паза статору

Рис.6. Геометрія пазу ротора

Рис.7. Додаткові дані двигуна А280S6

Рис.8. Додаткові дані для повного теплового розрахунку