Спеціальна частина

2 Спеціальна частина Вибір та обґрунтування системи керування еп. Математичне моделювання динамічних режимів

2.1 Будова частотного перетворювача

Перетворювач частоти (інакше частотно-регульований електропривод) представляє з себе статичний перетворювальний пристрій, призначений для зміни швидкості обертання асинхронних електродвигунів змінного струму.

Асинхронні електродвигуни мають значну перевагу перед електродвигунами постійного струму за рахунок простоти конструкції та зручності обслуговування. Це обумовлює їх однозначні перевахги та повсюдне застосування практично в всіх галузях промисловості, енергетиці та міській інфраструктурі.

Відомо, що регулювання швидкості обертання виконавчого механізму можна здійснювати за допомогою різних пристроїв (способів), серед яких найбільш відомі та поширені наступні:

1. механічний Варіатор

2. гідравлічна муфта

3. електромеханічний перетворювач частоти ( системи Генератор-двигун)

4. додатково вводяться в статор або фазний ротор опору і ін.

5. статичний перетворювач частоти

Перші чотири способи відрізняються різними комбінаціями, але мають ряд недоліків:

1. складнощі в застосуванні, обслуговуванні, експлуатації

2. низька якість і діапазон регулювання

3. неекономічність

Всі зазначені недоліки відсутні при використанні частотних перетворювачів.

Регулювання швидкості обертання асинхронного електродвигуна в цьому випадку проводиться шляхом зміни частоти та величини напруги живлення двигуна. ККД такого перетворення становить близько 98% , з мережі споживається практично тільки активна складова струму навантаження, мікропроцесорна система управління забезпечує високу якість управління електродвигуном і контролює безліч його параметрів, запобігаючи можливість розвитку аварійних ситуацій.

Це необхідно для вирішення стандартних проблем практично будь-якого підприємства або організації:

1. економії енергоресурсів,

2. збільшення термінів служби технологічного обладнання,

3. зниження витрат на планово-попереджувальні та ремонтні роботи,

4. забезпечення оперативного управління та достовірного контролю за ходом технологічних процесів та ін.

5. Значна економія електроенергії легко досягається за однієї умови – привід і механізм повинен що-небудь регулювати (підтримувати будь якої технологічний параметр).

- якщо це насос, то потрібно регулювати витрату води, тиск в мережі або контролювати температуру охолодження або нагрівання.

- якщо це вентилятор або димосос, то регулювати потрібно температуру або тиск повітря, розрідження газів.

- якщо це конвеєр, то часто буває потрібно регулювати його продуктивність.

- якщо це верстат, то потрібно регулювати швидкості подачі або головного руху.

Можна відразу виділити типові механізми, що відрізняються високою експлуатаційною та економічною ефективністю при впровадженні перетворювачів частоти і систем автоматизації на їх базі:

1. насоси, вентилятори, димососи;

2. Конвеєри, транспортери;

3. підйомники, крани, ліфти та ін.

Перетворювач частоти складаеться із таких елементів:

1. Випрямляча;

2. LC-фільтра;

3. Інвертора;

4. Мережевий дросель;

Випрямляч

Випрямляч перетворює змінний струм (напругу) в постійний. Він складається з трьох блоків: вентиля, що перетворює змінний струм в пульсуючий; трансформатора, що забезпечує гальванічну розв'язку мережі живлення і мережі навантаження та перетворює напругу мережі живлення в необхідну на вході вентильного блоку. В деяких випадках трансформатор застосовують для перетворення числа фаз мережі живлення. Згладжувального фільтра, призначеного для зменшення (згладжування) пульсацій випрямленої напруги (струму) до величини, необхідної для нормальної роботи споживача.

Випрямлячі поділяють на керовані та некеровані. Крім зазначених вище вузлів, мають систему управління вентилями та систему автоматичного регулювання.

Для нашого проекту вибираємо трифазний мостовий несиметричний керований випрямляч (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Схема трифазного мостового несиметричного керованого випрямляча

LC-фільтр

Згладжуючі фільтри призначені для зменшення пульсацій випрямленої напруги. Згладжування пульсацій оцінюють коефіцієнтом згладжування q.

Основними елементами згладжують фільтрів є конденсатори, котушки індуктивності та транзистори, опір яких різний для постійного або змінного струму.

Залежно від типу фільтруючого елемента розрізняють ємнісні, індуктивні та електронні фільтри. За кількістю фільтруючих ланок фільтри діляться на одноланкові і багатоланкові.

В проекті використаний Г-образний ДС-фільтр (расунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Схема Г-образного LС-фільтра

Інвертор струму

Інверторами струму називаються автономні інвертори, які пов'язані з джерелом живлення через згладжувальний дросель, так що вентилі інвертора перемикають струм. В якості вентилів у інверторах струму використовують одноопераційні тиристори, або в останні роки, використовують IGBT-транзистори.

В проекті застосовуємо трифазний інвертор струму на IGBT-транзисторах (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – трифазного інвертора струму на IGBT-транзисторах

Мережевий дросель

Вхідний мережевий дросель дозволяє уникнути втрати напруги в електроланцюзі та усунути виникаючі перешкоди. Дане обладнання пригнічує високочастотні гармоніки, які спотворюють параметри напруги живлення і, тим самим, підвищує коефіцієнт потужності частотного перетворювача. Використання дроселів доцільно в високонавантажених мережах при підключенні великої кількості споживачів.

Трифазний мережевий дросель захищає перетворювач частоти від різких стрибків напруги в мережі та продовжує термін служби підключеного обладнання. Пристрій дозволяє повною мірою реалізувати енергозберігаючі функції частотного перетворювача.