Регулируемые электропривод шахтного вентилятор

Двигатель с фазным ротором  благодаря  выведенным  на контактные кольца выводам роторной обмотки обеспечивает возможность изменения параметров цепи ротора путем введения  различных  добавочных сопротивлений. Наиболее широко используется включение в цепь ротора добавочных активных сопротивлений.

При этом в соответствии с максимум момента М_к не претерпевает изменений, а критическое скольжение увеличивается пропорционально суммарному сопротивлению роторной цепи . Рассматривая эти характеристики, можно установить, что введение добавочных активных сопротивлений в цепь ротора при пуске  двигателя и при торможении противовключением является эффективным средством ограничения тока и повышения момента двигателя. Переключением  сопротивлений можно обеспечить работу двигателя во всех режимах в пределах рабочего участка механических характеристик. В частности,  плавным уменьшением  сопротивления торможении противовключением и последующем пуске в противоположном направлении можно обеспечить постоянство тормозного, и  пускового моментов  двигателя  в  этих  режимах.

Модуль  жесткости рабочего участка механической характеристики при введении сопротивления находится при данном М в обратно пропорциональной зависимости от , поэтому реостатные характеристики двигателя при больших  добавочных сопротивлениях  имеют невысокую жесткость.

3.2 Расчет искусственных механических и электромеханических характеристик системы регулируемого электропривода для заданного диапазона регулирования скорости

 

Для начала выберем  закон управления. С учетом того, что диапазон регулирования скорости вентиляторов невелик и механизмы такого класса не требуют обеспечения высокой кратности пускового и максимального моментов, в качестве законов регулирования могут быть приняты законы и . Последний является более сложным в реализации, но за счет дополнительного снижения напряжения позволяет уменьшить потребляемую из сети энергию. Для повышения пускового момента на малых скоростях до требуемых значений должна быть предусмотрена возможность настройки вольт-частотной характеристики. Определяя параметры вольт-частотной характеристики, нижним частотам ставят в соответствие значения напряжений выше, чем при выбранном законе регулирования. Выбираем закон ,так как он более экономичный.

Вольт-частотная характеристика преобразователя при законе регулирования , рассчитанная по выражению

,

Для увеличения пускового момента на малых частотах изменим начальный участок вольт-частотная  характеристики, в этом случае закон примет вид

Вид характеристики приведен на рисунке 12.

 

Рисунок 12 – Вольт-частотная характеристика преобразователя

при законе регулирования 

.

 

Механические  характеристики разомкнутой системы преобразователь частоты – асинхронный двигатель при законе регулирования для ряда выбранных значений выходной частоты инвертора в интервале от 10 до 50 Гц рассчитываются по выражениям:

 

       

;

;

где

;

По результатам  расчета на рисунке 13 построено семейство механических характеристик системы преобразователь – двигатель при изменении частоты.

Рисунок 13– Механические характеристики

системы преобразователь – двигатель при законе регулирования .

 

Электромеханические характеристики разомкнутой системы преобразователь частоты – асинхронный двигатель рассчитываются для выбранных ранее значений частоты по выражениям:

;

 

 

где               ;       

По результатам  расчета на рисунке 14 построено семейство электромеханических характеристик системы преобразователь-двигатель.

Рисунок 14–Электромеханические характеристики электропривода

при скалярном управлении.

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет параметров и моделирование системы скалярного частотного управления в среде MatLab

4.1 Составление структурной схемы системы регулируемого электропривода

 

Структурная схема  системы регулируемого электропривода представлена на рисунке 15.

Рисунок  15 - Структурная схема силового канала системы преобразователь -асинхронный электродвигатель в неподвижной двухфазной системе координат.

4.2 Расчет коэффициентов  усиления и постоянных времени  системы

Максимальное  значение коэффициента усиления преобразователя

.

где - максимальное значение напряжения управления.

Принимаем

Эквивалентная постоянная времени преобразователя 

.

 

Эквивалентные индуктивности обмоток:

-статора

,

-ротора

,

Коэффициент рассеяния

,

Эквивалентное сопротивление

,

Электромагнитные  постоянные времени

,

,

 

4.3.Расчет электромеханических  переходных характеристик  , при пуске, набросе и сбросе нагрузки при мгновенном изменении задания

 

Структурная схема  системы скалярного частотного управления приведена на рисунке 20.

Рисунок 16 - Структурная схема системы скалярного частотного

 

Задатчик интенсивности формирует кривую и темп разгона двигателя. При дистанционном управлении электроприводом сигналом задания скорости является задающее напряжение U_з. Ему соответствует задающая частота f_з местного управления, в этом случае управление пуском и остановом двигателем производиться с панели преобразователя. Блок “преобразователь частота-напряжение” ПЧН формирует требуемую зависимость скалярного управления между частотой и напряжением преобразователя, чем и устанавливается принятый закон частотного регулирования .

Сигнал управления является входным для прямого  координатного преобразователя (ПКП), на выходе которого формируется три  синусоидальных напряжения управления U_1уА, U_1уB, U_1уС сдвинутые относительно друг друга на угол ±2π/3, с амплитудами пропорциональными напряжению управления. Сигналы U_1уА, U_1уB, U_1уС формируют фазные напряжения на выходе автономного инвертора напряжения (АИН).

 

Для исследования переходных процессов при частотном регулировании в в системе регулируемого электропривода вентилятора используем метод имитационного моделирования и в качестве средства моделирования электромеханических систем примем программу MATLAB 2010.

 

 

Рисунок 17 - Имитационная модель системы скалярного частотного

 

Ниже представлены переходные характеристики скорости и момента при пуске АД без нагрузки , при набросе и сбросе нагрузки, при мгновенном изменении задания.

Рассмотрим пуск на естественной характеристике. Пуск происходит за временя  .

Рисунок 18 – Переходный процесс

, при пуске

 

Рассмотрим  переходный процесс при набросе  нагрузки с  и наброс нагрузки до . Наброс нагрузки происходит за временя .

Рисунок 19 – Переходный процесс

, при набросе нагрузки

 

Рассмотрим переходный процесс  при сбросе нагрузки с нагрузки  и сброс нагрузки до . Сброс нагрузки происходит за временя

Рисунок  20 – Переходный процесс

, при сбросе нагрузки

 

Рассмотрим  переходный процесс при мгновенном изменение задания с частоты питающей сети и скорости до частоты питающей сети и скорости . Мгновенном изменение задания за временя

Рисунок 21 – Переходный процесс

, при мгновенном изменение задания

 

Из  характеристик переходных процессов  можно подвести итог и сказать  что,характер  переходного процесса носит апериодический характер т.е. плавно изменяется, а переходный процесс   будет носить колебательный характер особенно мы можем это увидеть при набросе и сбросе нагрузки.

4.4. Типовая функциональной схема регулируемого электропривода вентилятора

Выбор рациональной структуры ЭП зависит от технических  требований к регулированию момента  и скорости, условий эксплуатаций, экономических и массогабаритных  показателей, вариантов конструктивного  исполнения, стоимости эксплуатаций.

Одним из основных требований, к шахтной вентиляции является надежность. Как показывает практика чаще всего ЭП выходит из строя по причинам неисправности в ПЧ или в системе управления. По этой причине в схеме предусмотрено подключение двигателя на прямую к сети. Управление переключениями осуществляется с  помощью контроллера, подающего управляющие сигналы на релейно-контакторную схему управления. Наличие контролере дает возможность управлять ЭП, и следить за его работой на довольно больших расстояниях.

Рисунок 22– Функциональная схема системы ПЧ-АД

ЭП  также обеспечен релейно контакторной схемой управления, которая позволяет управлять им в ручном управлении, а также обеспечивает защиту от параллельного включение ПЧ и аварийной сети питания ЭП.

Рисунок 23– Релейно-контакторная система управления.

 

Нажатие кнопки  Блокировка приведет к подключению  ПЧ к питающей сети с помощью контактора КМ3. Нажатие кнопки Пуск вызовет срабатывание катушки К1 и замыкание контакта К1. Что приведет к включению контактора КМ1 или КМ2. Которые подключат двигатель к питанию. Для того чтобы не произошло одновременного включения КМ1 и КМ2 предусмотрен переключатель. Также при прямом пуске двигателя существует зашита от перегрузок двигателя выполнена с помощью реле тока PT1, которое при своем срабатывании отключит контактор КМ1.

 

Заключение

 

Одним из важнейших  технических мероприятий, обеспечивающих охрану здоровья трудящихся и высокую  производительность труда на предприятиях, является вентиляция. На строительство  и эксплуатацию вентиляционных установок в нашей стране отпускаются большие средства.

 Поэтому  весьма важно, чтобы вентиляционные  установки на предприятиях работали  с наибольшим эффектом при  минимальном расходе электроэнергии.

В данной работе был рассчитан регулируемый электропривод вентилятора по системе ПЧ-АД. Применение системы ПЧ-АД обеспечивает заданный диапазон регулирования 1:10, также применения ПЧ позволяет сократить потребление мощность на нанизках частотах.

Произведен  выбор преобразователя частоты, а так же аппаратуры управления и защиты в виде: автоматических выключателей серии А3726Н(Ф), кабеля АВВГ 4*35.

Рассчитаны  естественная механическая и электромеханическая  характеристики системы регулируемого  электропривода. Также получены искусственные  механические и электромеханические характеристики для заданного диапазона регулирования скорости.

Составлена  структурная схема системы ПЧ-АД и рассчитаны параметры схемы.

Смоделирована в среде MATLAB 2010 система ПЧ-АД и получены переходные процессы, удовлетворяющие технологическому процессу.

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Электротехнический справочник: Использование электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). – 8-е изд., – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 696 с.
2. Электротехнический справочник: Использование электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл.ред) и др. – 7-е изд., испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 616с.
3. Медведев Г.Г., Дорохов А.Р. Введение в курс: Насосы, вентиляторы, компрессоры .- Конспект лекций. – Томск: Изд. ТПУ, 1998. – 64 с.
4. М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В. М. Терехов, А.В. Шинянский  Основы автоматизированного электропривода. Учеб. пособие для вузов. М., «Энергия», 1974. – 568 с.
5. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г.  Электропривод турбомеханизмов. М., «Энергия», 1972. – 240 с.
6. Семидуберский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. Для студентов вузов. М.:Энергоатомиздат, 1984. – 406
7. Чебовский О.Г. , Л.Г. Моисеев, Ю.В.Сахаров. Силовые полупроводниковые приборы (справочник).М.,”Энергия”,1975.
8. http://www.roel-etk.ru/
9. http://www.ventprom.com/