Основные пути повышения качества энергопотребления
Выбор системы с лучшими характеристиками энергопотребления.
Введение в состав ЭП фильтро-компенсирующих устройств
Во много-мостовых преобразователях использовать несимметричные законы фазоимпульсного управления для уменьшения наброса реактивной электроэнергии
Применение управляемых преобразователей с искусственной коммутацией на транзисторах или запираемых тиристорах с нерегулируемыми фильтрами высших гармоник.
Система ТПН-АД с тиристорно-тиристорными коммутаторами (два тиристора в каждую фазу).
НПЧ-АД.
ПЧ-АД (АИН, АИТ) - с амплитудным регулированием напряжения или тока и все эти системы имеют те же недостатки что и тиристорный привод постоянного тока.
ТПН-АД с диодно-тиристорными коммутаторами имеют несколько лучшие показатели по отношению к сети, но худшие для самого электродвигателя.
АВК (асинхронно вентильный каскад) в данной системе для преобразования энергии скольжения используется инвертор, ведомый сетью, мощность которого определяется глубиной регулирования.
Основной поток мощности приходится на статор двигателя и при неглубоком регулировании D<=5 показатели энергопотребления достаточно высокие.
Система ПЧ-АД (АИН) с широтно-импульсным регулированием напряжения имеет наиболее высокие показатели качества. В этой системе промежуточная цепь постоянного тока запитывается от цепи через неуправляемый выпрямитель и реактивная мощность сдвига определяется только процессами коммутации. При несущей частоте свыше 1 кГц дополнительный потери в двигателе практически отсутствуют т.е. форма тока представляет синусоиду, но при питании двигателя через длинный кабель возникают дополнительные потери за счет паразитных ёмкостей. Для их исключения используют синусно-косинусные фильтры. Подобная система имеет один недостаток – отсутствие рекуперации энергии. В тормозных режимах энергия от двигателя сбрасывается на емкостной фильтр, напряжение на конденсаторах возрастает и входной выпрямитель запирается. Для исключения перенапряжения отключают инвертор или параллельные емкости ставится так называемый тормозной резистор. В последнем случае для двигателя реализуется рекуперативное торможение но оно энергетически не эффективно и наиболее целесообразная область применения таких систем это машины и механизмы непрерывного действия с реактивной нагрузкой. На практике имеются примеры использования для активной нагрузки (т.е. механизмов подъема). А для рекуперации энергии параллельно выпрямителю включается инвертор ведомый сетью, работающий с постоянным углом открывания.
Первая группа систем при высоких технических показателях электропривода практически не конкурента с системами постоянного тока.
Надежность ЭП.
С точки зрения эксплутационных показателей надежность занимает достаточно высокое место. Электропривод представляет собой многокомпонентное устройство даже в простейшей разомкнутой системе входят: автоматы, командные аппараты и т.д. и те или иные повреждения могут вызвать отказ в работе электропривода и простой технологического оборудования, причем повреждения даже самые незначительные (окисление контактов, ослабление контактных соединений). Чем больше в ЭП элементов и узлов, тем больше вероятность отказа так переход от системы Г-Д к системе ТП-Д от суммирующих магнитных усилителей микроэлектронной базе с большим количеством элементов об проблему надежности из-за относительно низкой надежности полупроводниковых приборов. При проектировании предопределения надежности может базироваться только на экспериментальных данных о надежности каждого элемента. Во время экспериментальных исследований проводят наблюдение за работой представительных групп однотипных элементов в течении единицы времени. При этом во первых собирают статистическую информацию о возникающих нарушениях а во 2х обрабатывают ее с целью получения достоверных вероятностных оценок параметров случайного процесса окончательно оценку надежности самого электропривода дают статистические данные полученные в ходе эксплуатации. Оценка надежности устройства электропривода базируется на 3х основных свойствах. Безотказность, восстанавливаемость и ремонтопригодность. Работоспособность электропривода это его состояние когда устройство выполняет требуемые функции при заданных технических показателях. Отказ – это нарушение работоспособности.
Безотказность – это свойство электропривода сохранять работоспособность в течении некоторого времени из так называемой наработки. Элементы ЭП можно разделить на основные и дополнительные. Отказ основных приводит к отказу всего устройства. Дополнительные в том или ином варианте используются как резервные.
Указателем безотказности элементов считают три показателя:
Вероятность безотказной работы, которая представляет собой что в приделах заданной наработки Тз отказа элемента не возникнет. Статистическая оценка
где N- число наблюдаемых элементов, m-число отказов элементов за время t заданное
интенсивность отказов – это плотность условной вероятности отказа элемента к моменту времени t при условии, что отказ не наступил.
где n-число отказов для ∆t
Nt- число работоспособных элементов к моменту времени t
Тср – средняя наработка на отказ, представляет собой математическое ожидание наработки элемента до первого отказа.
Для электропривода на практике рекомендовано экспоненциальная модель распределения времени безотказности. Для электропривода используется параметр потока отказов λ, который численно равен сумме интенсивности отказов N основных элементов.
Остальные показатели( восстанавливаемость и ремонтопригодность) представляет собой взаимосвязанные свойства электропривода и определяют время восстановления работоспособности. Под восстанавливаемостью понимают возможность восстановления работоспособности за счёт ремонта в составе установки.
Ремонтопригодность – оценивает приспособленность устройства к обнаружению и устранению повреждений вызвавших отказ, т.е. условие восстановления работоспособности путём ремонта. Соответственно различают устройства и элементы:
- не восстанавливаемые и не ремонтируемые, подлежащие замене новыми;
- не устраняемые в месте установки ЭП, но ремонтируемые в стационарных условиях, и которые можно заменить резервными;
- подлежащие ремонту на месте установки.
Электропривод в целом восстанавливаемая система и время простоя рабочей машины при отказе ЭП определяется временем восстановления работоспособности и дополнительным временем на вызов и ожидания ремонтного персонала.
Одним из основных путей повышения надёжности является выбор устройства с комплектующими имеющие максимальную наработку на отказ Тср. Второй путь для уменьшения времени восстановления работоспособности это применение блоков и узлов, невосстанавливаемых на месте установки, а заменяемые на резервные.
Области использования управляемых преобразователей постоянного тока
Широтно-импульсный преобразователь (ШИП) применяется для тяговых ЭП при питании от контактной сети или аккумулятора, а также для электроприводов станков малой мощности до 10 кВт.
Нереверсивные схемы с одним ключом.
Если нагрузка изменяется в широких приделах, то для исключения зоны прерывистого тока используется схема с двумя ключами
Реверсивная схема имеет 4 ключа:
На практике используют два закона коммутации:
- симметричный, когда поочерёдно открываются пары ключей (1УК и 2УК) а затем (3УК и 4УК).
- несимметричный закон, когда к примеру постоянно открыт 2УК и поочерёдно коммутируется 1УК и 3УК
2. Тиристорный однофазный мостовой преобразователь, применяется для ЭП малой мощности, для питания обмоток возбуждения, для якорных цепей тяговых электроприводов при питании от контактной сети переменного тока. При не высоких требованиях к ЭП применяют полу управляемые схемы.
По регулировочным свойствам они одинаковы. Первая схема имеет более простую реализацию СИФУ. Вторая схема – более высокие показатели надёжности. Поскольку V1 и V2, образуют так называемый обратный диод, и при аварийном отключении в цепи переменного тока ЭДС самоиндукции нагрузки гасится через обратный диод. В ЭПУ2-… для регулирования в цепи переменного тока установлен семистор, а вторая ветвь не регулируемая. В двухзонных приводах для питания обмотки возбуждения используется полностью управляемая схема.
3. Тиристорный преобразователь с нулевой схемой. Применяется очень редко для реверсивных ЭП небольшой мощности.
4. Тиристорная схема с полууправляемой группой
Применяется для питания обмоток возбуждения быстродействующих приводах малой мощности чтобы получить 6 пульсаций за период а не две.
5. Тиристорный преобразователь с полностью управляемой трёхфазной мостовой схемой. Универсальное применение.
Для реверсивных ЭП нереверсивный преобразователь применяется в приводах с редким включении и при изменении направления движения с остановками (за счёт контактов в якорной цепи). Для приводов средней и большой мощности при реверси по цепи возбуждения после снятия сигнала задания и когда ток якоря станет равным 0.