Учебники 80228

(продолжение)

Расчет энергетических показателей электропривода при регулировании частоты питания статора (система ПЧ – АД)

Мощность потерь в двигателе составит

pсум = 650*12 + 133*(104.7 – 98)*(1 + 0.363/0.597) = 2080 Вт.

Полезная мощность равна

P2 = 133*98 = 13000 Вт.

В системе с неуправляемым выпрямителем

Коэффициент мощности в установившемся режиме Км = 0.815. Мощность, потребляемая из сети

P1 = (2080 + 13000)/(0.815*0.8) = 23000 Вт.

Коэффициент полезного действия привода

= 13000/23000*100 = 56.5 %.

В системе НПЧ

Коэффициент мощности равен

kм = (0.2 + (0.81 – 0.6)*(133/133))*(0.6 +0.8) = 0.588.

Активная мощность, потребляемая приводом

P1 = (13000 + 2080)/0.8 = 18900 Вт.

Средняя реактивная мощность

Q1,ср = 18700*(1/0.5882 – 1)1/2 = 27000 В*Ар.

Коэффициент полезного действия

= 13000/18900*100 = 70%.

6.4. Расчет энергетических показателей при торможении

Для ряда систем ПЧ-АД способ торможения асинхронного двигателя определяется однозначно в пользу рекуперативного как наиболее эффективного и просто реализуемого. К ним относятся системы с НПЧ и ДНЧ на базе АИТ. Эти системы ПЧ-АД для реализации рекуперативного торможения не требуют дополнительных устройств в силовой части ПЧ. Перевод АД из двигательного режима в тормозной с рекуперацией энергии в сеть осуществляется системой управления ПЧ.

В ПЧ с АИТ для обмена энергией между АД и сетью не требуется реверсивный управляемый выпрямитель (УВ). Это объясняется тем, что направление тока не изменяется, а изменяется лишь полярность напряжения в звене постоянного тока путем перевода УВ в режим ведомого сетью инвертора. Благодаря этому создаются условия для рекуперации энергии торможения в питающую сеть.

При разработке ПЧ на базе АИН выбор способа торможения асинхронного двигателя не может решаться однозначно в пользу рекуперативного. Выбирая рациональный способ торможения, необходимо учитывать не только технологические требования, предъявляемые к приводу со стороны механизма, но и силовую схему АИН и экономическую целесообразность, так как в большинстве случаев для реализации рекуперации энергии требуются дополнительные устройства.

В любом случае кинетическая энергия вращающихся масс частично расходуется на преодоление моментов инерции и трения, а частично преобразовывается в электрическую энергию

При возможности рекуперировать энергию в сеть потери в двигателе определяются по формуле (6.4), а отданная в сеть энергия находится из выраже-

ния (6.14).

В противном случае вся электрическая энергия преобразуется в тепловую, выделяющуюся на активных сопротивлениях статора и ротора двигателя, а также преобразователя частоты.

ПРИМЕР 10 (продолжение)

Расчет энергетических показателей электропривода при регулировании частоты питания статора (система ПЧ – АД)

Средний момент двигателя

M ср,д = 1*98/0.225 – 133 = 303 Н*м.

Потери энергии при торможении составляют

A = 3032/2080*104.7*(1+0.363/0.597)*0.225 = 1670 Дж.

Электрическая энергия равна

A1 = 1*982*303/(2*(303 + 133)) = 3340 Дж.

Энергия, отдаваемая приводом в сеть

A2 = (3340 –1670)*0.8 = 1340 Дж.

Коэффициент полезного действия привода

=1340/3340*100 = 40 %.

6.5.Сравнительный анализ режимов работы ЭП при различных способах регулирования

Для анализа полученных результатов сведем результаты расчета энергетических показателей рассчитанных для различных режимов и способов управления в таблицу 6.1.

Графики зависимости коэффициента полезного действия, коэффициента мощности и потерь при пуске представлены на рис. 6.3, в установившемся режиме на рис. 6.4, при торможении на рис. 6.5.

Низкий коэффициент мощности при способах управления, предполагающих включение в цепь статора преобразователь, объясняется тем, что коэффициент мощности связан с углом отпирания силовых полупроводниковых ключей, поэтому, чем больше угол отпирания, тем меньше коэффициент мощности, низкий же коэффициент полезного действия в установившемся режиме получается опять же из-за наличия неидеального преобразователя, дозирующего подводимую к двигателю энергию. Большой коэффициент мощности при импульсном и реостатном управлении получается из-за большего активного сопротивления в цепи ротора.

Сводная таблица энергетических показателей

Таблица 6.1

Рис. 6.3. Энергетические показатели электропривода при пуске

Рис. 6.4. Энергетические показатели электропривода в установившемся режиме работы

Рис. 6.5. Энергетические показатели электропривода при торможении

7. ПРОГРАММА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА ЭНЕРГЕТИКИ АСИНХРОННЫХ ПРИВОДОВ

При рассмотренном выше разнообразии систем электроприводов с асинхронными двигателями перед проектировщиком возникают все более сложные задачи по оптимальному выбору способа управления конкретного ЭП с точки зрения технологических требований, стоимости и показателей качества. Наиболее эффективным способом решения этой проблемы является автоматизированное проектирование c применением программного продукта, позволяющего выполнить необходимые расчеты энергетических показателей различных режимов работы привода и осознанно сделать правильный выбор из множества вариантов, обстоятельно его мотивировав.

Такая программа разработана на кафедре автоматики и информатики в технических системах Воронежского государственного технического университета. Она позволяет рассчитать по нагрузочной диаграмме и тахограмме рабочей машины энергетические показатели ЭП с АД, проанализировать энергопотребление и потери в приводе при разгоне, рабочем режиме и различных видах торможения, а также исследовать влияние на потери в статоре и роторе АД изменения регулируемых параметров.

Внешний вид окна программы с элементами главного меню показан на

Рис. 7.1. Внешний вид программы, элементы главного меню, нагрузочная диаграмма и тахограмма электродвигателя

рис. 7.1. Для выполнения любого расчѐта необходимо активизировать эле -

мент главного меню «Данные». При этом необходимо охарактеризовать тип двигателя и ввести из базы данных или вручную следующие паспортные данные двигателя.

Для многоскоростного двигателя необходимо также указать число синхронных скоростей и его параметры для каждого числа пар полюсов. В интерактивном режиме предусмотрено изменение статического момента и момента инерции на различных участках нагрузочной диаграммы и тахограммы

(рис.7.1).

В элементе главного меню «Расчѐт» проектировщику предоставляется возможность определения энергетических показателей следующих способов управления:

1)«Сеть – АД» –двигатель подключен непосредственно к сети;

2)«ПЧ – АД» – регулирование частоты питания статора;

3)«ТРН – АД» – регулирование напряжения статора;

4)«РСР» – регулирование активного сопротивления роторной цепи;

5)«ИРР» – импульсное регулирование активного добавочного сопротивления в цепи ротора.

Программа позволяет рассчитать энергетические показатели электропривода переменного тока:

1.Активную энергию, потребляемую из сети на каждом участке тахограммы и за весь цикл работы.

2.Реактивную мощность, потребляемую из сети.

3.Энергию потерь в приводе.

4.Полезную мощность.

5.Коэффициент мощности.

6.Коэффициент полезного действия привода.

Для выполнения любого расчѐта необходимо активизировать элемент главного меню программы «Данные», охарактеризовать тип двигателя и ввести его параметры:

1.Номинальная мощность в киловаттах.

2.Номинальное фазное напряжение статора в вольтах.

3.Синхронная скорость, радиан в секунду.

4.Номинальное скольжение в процентах.

5.Критическое скольжение в процентах.

6.Критический момент в ньютонометрах.

7.номинальный коэффициент мощности в относительных единицах.

8.Номинальный коэффициент полезного действия АД в процентах.

9.Сопротивление намагничивающей цепи в омах.

10.Активное сопротивление статора в омах.

11.Индуктивное сопротивление статора в омах.

12.Приведѐнное активное сопротивление ротора в омах.

13.Приведѐнное индуктивное сопротивление ротора в омах.

Для многоскоростного двигателя число синхронных скоростей и перечисленные выше параметры для каждого числа пар полюсов.

Активизировав элемент меню «Диаграммы» следует указать количество точек, значения скорости и соответствующие им значения времени. Ввести значения статического момента и момента инерции на каждом участке.

В элементе главного меню «Расчѐт» следует выбрать один из способов управления

«Сеть-АД » – неуправляемый асинхронный двигатель.

«ПЧ-АД » – регулирование частоты питания статора.

«РПН-АД » – регулирование переменного напряжения, питающего ста-

тор.

«РСР » – регулирование активного сопротивления роторной цепи.

«ИРР » – импульсное регулирование активного добавочного сопротивления роторной цепи.

Элемент главного меню «Печать» позволяет выбрать устройство, на которое будет производиться вывод информации. Элемент меню «Файл» позволяет сохранять результаты расчѐта и вводимые данные в файле, имя которого вводится в диалоговом окне и имеет постоянное расширение REZ. Элемент меню «Принтер» позволяет выводить исходные данные и результаты расчѐта на печатающее устройство. Ниже приведѐн алгоритм программы (рис. 7.2) и входящих в него подпрограмм (рис.7.3…7. ).

Рис. 7.2. Алгоритм программы расчѐта энергетических показателей