Обзор частотно-регулируемых асинхронных электроприводов и преобразователей. Порядок и этапы разработки стенда по исследованию частотно-регулируемого асинхронного электропривода. Обработка полученных результатов. Правила эксплуатации электроустановок.
Аннотация к работе
Развитие электрического привода идет по пути повышения экономичности и надежности за счет дельнейшего совершенствования двигателей, аппаратов, преобразователей, аналоговых и цифровых средств управления. Преобразователем частоты называют полупроводниковый преобразователь, осуществляющий преобразование энергии переменного тока одной частоты в энергию переменного тока другой частоты. Это напряжение подается на мостовую схему, включающую шесть управляемых IGBT или MOSFET транзисторов с диодами, включенными антипараллельно для защиты транзисторов от пробоя напряжением обратной полярности, возникающем при работе с обмотками двигателя. Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно в соответствии с выражением (1.1) неизменном числе пар полюсов p изменять угловую скорость магнитного поля статора. При постоянном моменте нагрузки Мс=const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте: , (2)Частотный преобразователь является одним из перспективных регулирований скорости асинхронного двигателя, который проводится по 3-м законам изменения напряжения от частоты тока U/f, в зависимости от механических характеристик рабочих машин. Среди существующих частотных преобразователей наиболее широкие возможности имеют преобразователи скорости с звеном постоянного тока за счет широтно-импульсной модуляции.
Введение
Энергетическую основу производства составляет электрические приводы, технический уровень которого определяет эффективность функционирования технологического оборудования. Развитие электрического привода идет по пути повышения экономичности и надежности за счет дельнейшего совершенствования двигателей, аппаратов, преобразователей, аналоговых и цифровых средств управления.
Успехи в развитии полупроводниковой техники позволили широко использовать в производстве регулируемые источники питания на базе тиристоров с бесконтактными системами автоматического управления. Мощность отдельных тиристорных преобразователей достигает десятков тысяч киловатт. Большая гибкость управления и широкие возможности в отношении полноты автоматизации обеспечиваются благодаря широкому применению интегральных аналоговых и дискретных устройств, вычислительной техники, унифицированных блочных систем регуляторов.
В данной выпускной квалификационной работе представлена разработка лабораторного стенда, на котором можно проводить опыт частотного регулирования асинхронного электропривода, снять и пронаблюдать влияние различных частот на рабочие и механические характеристики электропривода.
1.
Обзор частотно-регулируемых асинхронных электроприводов и преобразователей
Преобразователем частоты называют полупроводниковый преобразователь, осуществляющий преобразование энергии переменного тока одной частоты в энергию переменного тока другой частоты.
Частотные преобразователи предназначены для плавного регулирования скорости асинхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя трехфазного напряжения переменной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление .
Принцип работы частотного преобразователя или как его часто называют - инвертора: переменное напряжение промышленной сети выпрямляется блоком выпрямительных диодов и фильтруется батареей конденсаторов большой емкости для минимизации пульсаций полученного напряжения. Это напряжение подается на мостовую схему, включающую шесть управляемых IGBT или MOSFET транзисторов с диодами, включенными антипараллельно для защиты транзисторов от пробоя напряжением обратной полярности, возникающем при работе с обмотками двигателя. Кроме того, в схему иногда включают цепь "слива" энергии - транзистор с резистором большой мощности рассеивания. Эту схему используют в режиме торможения, чтобы гасить генерируемое напряжение двигателем и обезопасить конденсаторы от перезарядки и выхода из строя.
Управление асинхронным электродвигателем в частотном режиме до недавнего времени было большой проблемой, хотя теория частотного регулирования была разработана еще в тридцатых годах. Развитие частотно-регулируемого электропривода сдерживалось высокой стоимостью преобразователей частоты. Появление силовых схем с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных систем управления позволило различным фирмам Европы, США и Японии создать современные преобразователи частоты доступной стоимости.
Регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты.
Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации. Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.
Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно в соответствии с выражением (1.1) неизменном числе пар полюсов p изменять угловую скорость магнитного поля статора.
, (1) где, - частота напряжения питающего АД, p - число пар полюсов магнитного поля статора.
Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.
Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании невелики.
Для получения высоких энергетических показателей асинхронного двигателя - коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности - необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение.
Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс.
При постоянном моменте нагрузки Мс=const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте: , (2)
Для вентиляторного характера момента нагрузки это состояние имеет вид: , (3)
При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости: , (4)
Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статорной обмотке асинхронного двигателя.
Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра. Если это транспортер или конвейер, то можно регулировать скорость его движения. Если это насос или вентилятор - можно поддерживать давление или регулировать производительность. Если это станок, то можно плавнорегулировать скорость подачи или главного движения.
Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространенным способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора. При использовании частотных регуляторов, обеспечивается плавная регулировка скорости вращения ротора, позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры.
При подключении через частотный преобразователь пуск двигателя происходит плавно, без пусковых токов и ударов, что снижает нагрузку на двигатель и механизмы, тем самым увеличивает срок их службы.
1.1 Структура частотного преобразователя
Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.
Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.
Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.
В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.
1.2 Принцип работы преобразователя частоты
Преобразователь частоты состоит из не управляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора АИН, системы управления СУИ ШИМ, системы автоматического регулирования САР, дросселя Lв и конденсатора фильтра Св. Регулирование выходной частоты fвых. и напряжения Uвых осуществляется в инверторе за счет высокочастотного широтно-импульсного управления (рисунок 1). Широтно-импульсное управление характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора электродвигателя подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя. Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 КГЦ) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.
Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рисунок 2).
Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодулирована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна.
Рисунок 1 - Блок схема преобразователя частоты
Регулирование выходного напряжения инвертора можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const.
Рисунок 2 - Кривые выходного напряжения и тока
Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При широтно-импульсной модуляции форма токов в обмотках статора асинхронного двигателя получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.
Такое управление позволяет получить высокий КПД преобразователя и эквивалентно аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения. Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов - запираемых GTO - тиристоров, либо биполярных IGBT-транзисторов с изолированным затвором. На рисунке 3 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора на IGBT-транзисторах.
Она состоит из входного емкостного фильтра Сф и шести IGBT-транзисторов V1-V6 включенными встречно-параллельно диодами обратного тока D1-D6.
За счет поочередного переключения транзисторов V1-V6 по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжение Uв преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключи V1-V6 протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя, через диоды D1-D6 - реактивная составляющая тока.
Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей изменением частоты в питающей сети является наиболее экономичным способом регулирования и позволяет получить хорошие механические характеристики электропривода. При изменении частоты питающей сети обеспечивается изменение частоты вращения магнитного поля асинхронного двигателя, что также следует из формулы (1).
Так как в современном мире преобразователи частоты стали так часто использовать в производстве, в жилично-комунальном секторе, да и везде где используют асинхронные двигатели с регулированием его параметров.
Частотно-регулируемый асинхронный электропривод в настоящее время по своим технико-экономическим показателям не уступает регулируемому электроприводу постоянного тока. Многие бытовые машины и приборы требуют как регулирование скорости в широких пределах, так и работу при высоких скоростях частотное регулирование скорости приводного АД, вместо коллекторного в БМП представляется перспективным. Это положение еще усиливается, если иметь ввиду, что ПЧ могут из однофазного тока получать трехфазный ток с регулируемой частотой. Это позволяет применять в приводе БМП вместо однофазного АД трехфазный с более высоким технико-экономическими характеристиками.
Поэтому, студентам технических специальностей изучающие предмет «Электроника и электротехника» и «Электропривод и системы управления БМП» необходимо изучить характеристики частотно-регулируемого АД.
Исследование частотного регулирования электропривода имеет очень большую роль с экономической и инженерной точки зрения.
На базе ПЧ созданы большое множество лабораторных стендов, чтобы учащиеся, студенты набрали опыт работы и имели представление о ПЧ уже в стенах учебного заведения.
Большинство частотных преобразователей предназначены для регулирования частоты вращения вала АД в широких пределах, способных эффективно работать с двигателями мощность от 100 Вт до 300 КВТ.
В основном частотные преобразователи, получившие широкое распространение, являются инверторами напряжения, хотя и выпускаются еще также и инверторы тока. Это объясняется тем, что инверторы напряжения могут работать в многодвигательном приводе, и, самое главное, имеют более широкий диапазон изменения выходной частоты. Последнее обстоятельство открывает дорогу данным устройствам не только в производственную, но и в коммунальную сферу, где, например, нагрузка на водопровод крайне неравномерная. Частотные преобразователи помогают эффективно решить проблему необоснованного перерасхода воды - когда давление в трубах нормализуется, инвертор автоматически снижает момент на валу насоса, экономя при этом до 30 % энергии.
Одним из представителей ПЧ является устройство управления фирмы «Веспер». Рассмотрим один из моделей ПЧ, а именно малогабаритный ПЧ переменного тока на IGBT транзисторах E2-MINI 003H.
Представляет собой небольшую коробку (рисунок 4), на передней панели которого расположен панель управления (рисунок 5), котором имеется трех разрядный дисплей, клавиши управления и индикатор питания. Спецификация о мощности подключаемого электродвигателя, полную мощность преобразователя, входные и выходные напряжения, габаритные размеры и вес указаны в таблице 1.
Рисунок 5 - Панель управления ПЧ
Режим управления
• Данный режим устанавливается после подачи питания на преобразователь. Возможен пуск и останов двигателя и изменение выходной частоты.
• При значении F_10=0 (управление от клавиатуры) пуск двигателя осуществляется нажатием клавиши «ПУСК/СТОП». Останов осуществляется повторным нажатием этой же клавиши.
• При значении F_11=0 (задание от клавиатуры) возможно увеличение и уменьшение заданной частоты как в режиме останова двигателя, так и во время вращения. Увеличение и уменьшение выходной частоты осуществляется клавишами ^ и Ў соответственно.
• Клавиша «СБРОС» служит так же для сброса индикации ошибки преобразователя.
Режим программирования
· Вход в режим программирования осуществляется клавишей «ПРОГ»
· Перемещение к необходимой константе осуществляется нажатием клавиш ^ или Ў
· Просмотр значения константы нажатием клавиши «ВВОД»
· Изменение значения константы осуществляется нажатием клавиш ^ или Ў
· Сохранение значения измененной константы нажатием клавиши «ВВОД»
· Выход из режима программирования нажатием клавиши «ПРОГ»
Относительная влажность 0~95% (без образования конденсата)
Вибрация не более 1g при частоте < 20 Гц, не более 0,2 g при частоте 20…50 Гц
Продолжение таблицы 2
Электромагнитная совместимость Класс А (встроенный EMI фильтр)
Исполнение IP20
Функции защиты Перегрузка по току 150% в течение 1 мин.
Повышенное напряжение Напряжение цепи пост. тока > 400 В (класс 220 В); > 800 В (класс 380 В)
Пониженное напряжение Напряжение цепи пост. тока < 200 В (класс 220 В); < 400 В (класс 380 В)
Провал питания 0~2 сек: перезапуск с определением скорости
Ограничение тока При разгоне / торможении / постоянной скорости
Функции защиты Короткое замыкание на выходе Электронная защита
Неисправность заземления Электронная защита
Другие функции Защита от перегрева
Монтаж На винты или DIN-рейку (опция)
1.4 Подключение преобразователя частоты
Подключение ПЧ в сеть переменного тока осуществляется по следующим требованиям (рисунок 6): ? Между сетью переменного тока и преобразователем должен быть установлен автоматический выключатель или рубильник с предохранителями.
? В качестве нагрузки необходимо использовать трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором соответствующей мощности. Номинальный ток двигателя не должен превышать номинальный выходной ток преобразователя.
? Если на выход преобразователя подключено несколько двигателей параллельно, их суммарный потребляемый ток должен быть меньше номинального выходного тока преобразователя. Перед каждым двигателем необходимо установить соответствующее тепловое реле.
? Недопустима установка фазосдвигающих конденсаторов, LC или RC компонентов между преобразователем и двигателем.
Рисунок 6 - Схема подключения ПЧ
2.
Разработка стенда по исследованию частотно-регулируемого асинхронного электропривода
Лабораторный стенд по изучению частотного регулирования электроприводом на базе преобразователя частоты «Веспер»создан на базе имеющегося стенда предназначенного для исследования рабочих и механических характеристик АД в различных режимах. В состав этого стенда входят измерительный комплект К540, приборный блок управления, электромеханический агрегат на базе 2-х встречно включенных двигателей: 3-х фазного АД типа АИР56Ф2У3 мощностью Рн=180Вт и нагрузочного двигателя постоянного тока (ДПТ) с независимым возбуждением типа Д-200 с мощностью Рн=200Вт
К этому стенду подключен дополнительно преобразователь частоты «Веспер» модели Е2-MINI-003H мощностью Рн=2,2КВТ, измерительный комплект К505, потенциометр (для регулирования входного напряжения Uвх в ПЧ) и вольтметр (для измерения входного напряжения Uвх).
Данный стенд позволяет исследовать регулировочные свойства, механические, электромеханические и энергетические характеристики в установившихся режимах работы асинхронного двигателя получающего питание от преобразователя частоты
3. Составление методики исследования и проведения опытов
3.1 Подготовка к работе стенда проводится в следующем порядке
3.1.1 Устанавливают выключатели и переключатели стенда (рисунок 7) в исходное положение: S2 в среднее, S8 -на ручном управлении, S5 на 3 ~ 380 В, QF2, S3, S4 в нижние положения, S1 в верхнее, R3 на 10, S9 на 20А, R4 на минимальный ток по амперметру PA3.
3.1.2 На измерительном комплекте К540 устанавливают пределы измерения PV2 на 300В, РАЧ на 1А. Определяют по табличке на приборе цену деления приборов PV2, РАЧ и PW1.
3.1.3 На измерительном комплекте К505 устанавливают пределы измерения PV3 на 300В, РА5 на 1А. Определяют по табличке на приборе цену деления приборов PV2, РАЧ и PW1
3.1.4 Штырем шунтируют в момент пуска АД амперметр РАЧ комплекта К540.
3.1.5 Включают автомат QF1 приборного блока, убедившись в стабильности показаний нулевой скорости тахометра, нажатием кнопки S7 подается напряжение на ПЧ.
3.1.6 На ПЧ с помощью потенциометра выводят на дисплей ПЧ частоту подаваемую на АД. Нажатием кнопки «Пуск» на ПЧ подаем преобразованный ток на обмотки статора АД.
3.1.7 После проведения опытов и всех замеров возвращаем положение потенциометра на прежнее положение следя за показателем дисплея ПЧ и остановится на значении 50 (что соответствует f=50Гц).
3.1.8 Нажимают кнопку «СТОП» на ПЧ, тем самым прекратим подачу напряжения на АД.
3.1.9 Отключаем ПЧ нажатием выключателя S6.
3.1.10 Выключаем сам стенд переключателем QF1.
Рисунок 7 - Электрическая схема лабораторной установки
3.2 Определение зависимости напряжения двигателя, угловой скорости ротора от частоты тока для 1-3 законов регулирования а) в холостом режиме работы двигателя: 3.2.1 Подготавливаем стенд к проведению опыта согласно п.3.1.1 - п.3.1.5
3.2.2 Программируем ПЧ следующим образом: на панели ПЧ нажимаем кнопку «ПРОГ», кнопкой ^ выбираем функцию F_05 «Установка зависимости U/f» выставляем «1-й» закон регулирования, нажатием «Ввод» подтверждаем сохранение значения измененной константы. После, нажатием кнопки «Прог» выходим из режима программирования с сохранением внесенных изменений.
3.2.3 Запускаем АД нажатием кнопки «СТАРТ» на панели ПЧ
3.2.4 С помощью потенциометра, выводя напряжение по PV4 от 2 до 10В снимают 5-6 измерений. Данные вносят в таблицу 3.
3.2.5 После снятия показателей приборов, останавливают АД.
3.2.6 Повторив п.3.2.2, выставляем «2-й» закон регулирования и повторяем опыт внося измерения в таблицу 3.2.
3.2.7 П.3.2.2 выставляем «3-й» закон регулирования, данные вносят в таблицу 3.3.
3.2.8 После всех измерений выключение стенда выполняют по п.3.1.7 - п.3.1.10.
3.2.9 Обработка результатов, вычисления заносим в таблицу 3.4, 3.5 и 3,6.
3.2.10 Строят зависимости Uc, Uд, ? (f) по табличным данным. б) под нагрузкой при условии Ін=const: 3.2.11 Подготавливаем стенд к проведению опыта согласно п.3.1.1 - п.3.1.5.
3.2.12 Программируем ПЧ следующим образом: на панели ПЧ нажимаем кнопку «ПРОГ», кнопкой ^ выбираем функцию F_05 «Установка зависимости U/f» выставляем «1-й» закон регулирования, нажатием «Ввод» подтверждаем сохранение значения измененной константы. После, нажатием кнопки «Прог» выходим из режима программирования с сохранением внесенных изменений.
3.2.13 Запускаем АД нажатием кнопки «СТАРТ» на панели ПЧ.
3.2.14 Поддерживая номинальный ток Ін=const АД постоянно неизменной с помощью регуляторов тока Ія и Ів, с помощью потенциометра, выводя напряжение по PV4 от 2 до 10В снимают 5-6 измерений. Данные заносят в таблицу 4.1.
3.2.15 Таким же образом повторив п.3.2.2, выставляем «2-й» закон регулирования и повторяем опыт внося данные измерения в таблицу 4.2.
3.2.16 П.3.2.2 выставляем «3-й» закон регулирования, данные вносят в таблицу 4.3.
3.2.17 После всех измерений выключение стенда выполняют по п.3.1.7 - п.3.1.10.
3.2.18 Обработка результатов, вычисления заносим в таблицу 4.4, 4.5 и 4,6.
3.2.19 Строят зависимости Uc, Uд, ? (f) по табличным данным.
3.3 Снятие рабочих характеристик асинхронного двигателя
Рабочие характеристики - это зависимости угловой скорости ротора ?, момента на валу М, тока статора I, кпд и коэффициента мощности cos? от механической мощности P2 вала двигателя в зоне рабочего участка механической характеристики.
3.3.1 Подготавливаем стенд к проведению опыта согласно п.3.1.1 - п.3.1.5
3.3.2 Программируем ПЧ следующим образом: на панели ПЧ нажимаем кнопку «ПРОГ», кнопкой ^ выбираем функцию F_05 «Установка зависимости U/f» выставляем «1-й» закон регулирования, нажатием «Ввод» подтверждаем сохранение значения измененной константы. После, нажатием кнопки «Прог» выходим из режима программирования с сохранением внесенных изменений.
3.3.3 Запускаем АД нажатием кнопки «СТАРТ» на панели ПЧ.
3.3.4 С помощью потенциометра, выставляем частоту подаваемое на АД f=25Гц снимают 5-6 измерений. Данные вносят в таблицу 5.1.
3.3.5 После снятия измерений при 25 Гц, потенциометром выставляем следующие значения подаваемой частоты на АД f=50, 75 Гц и повторно снимаем измерения внося данные в таблицу 5.2 и 5.3.
3.3.6 П.3.3.2, выставляем «2-й» закон регулирования и повторяем опыт, внося измерения в таблицу 6.1, 6.2 и 6.3.
3.3.7 П.3.3.2 выставляем «3-й» закон регулирования, данные вносят в таблицу 7.1, 7.2 и 7.3.
3.3.8 После всех измерений выключение стенда выполняют по п.3.1.7 - п.3.1.10.
3.3.9 Обработка результатов, вычисления заносим в таблицу 5.4, 5.5, 5.6, 6.4, 6.5, 6.6, 7.4, 7.5 и 7.6.
3.3.10 Строят зависимости М, Ід, ?, ?, cos? (?) и М (?) по табличным данным.
4. Обработка и анализ полученных результатов
4.1 Обработка опытных данных
4.1.1 Мощность на валу АД
Р2 = М1?, Вт(4)
4.1.2 Момент на валу ДПТ
М2 = СІЯ, Нм(5) где С ?коэффициент пропорциональности, Вс
Ія ?ток якоря, А.
4.1.3 Момент М1 АД
М1 = М2 ?М, Нм(6)
4.1.4 Полная трехфазная мощность
S3Ф = UЛ ІЛ = 3 UФ ІФ = 3 U4 I4 , ВА (7)
4.1.5 Коэффициент мощности АД cos = (8)
4.1.6 Коэффициент полезного действия АД
? = (9)
4.2 Расчет и построение зависимостей напряжения сети Uc, двигателя U, угловой скорости ротора от частоты тока f при холостом режиме
Таблица 3.1 - Измерения проведенные при холостом ходе электропривода, «1-й» закон регулирования, С=0,02, ?М=0,017
№ п/п Uвх f Ic Uc Pc Ід Uд Рд ?
В Гц А В Вт А В Вт рад/с
1 2 18,6 0,27 225 4 0,41 95 16 116
2 4 40,2 0,27 224 4 0,41 184 24 250
3 6 61,2 0,27 225 4 0,27 226 21 381
4 8 82,5 0,27 226 4,5 0,21 226 25 512
5 9,85 100 0,27 226 4,8 0,215 224 33 614
Таблица 3.2 - Измерения проведенные при холостом ходе электропривода, «2-й» закон регулирования, С=0,02, ?М=0,017
№ п/п Uвх f Ic Uc Pc Ід Uд Рд ?
В Гц А В Вт А В Вт рад/с
1 2 18,5 0,27 222 4,5 0,51 106 21 115
2 4 40 0,27 222 4 0,41 182 22 249
3 6 61,6 0,27 222 4 0,27 224 22 383
4 8 82,5 0,27 222 4,5 0,21 222 26 510
5 9,85 100 0,27 222 5,3 0,2 222 32 611
Таблица 3.3 - Измерения проведенные при холостом ходе электропривода, «3-й» закон регулирования, С=0,02, ?М=0,017
№ п/п Uвх f Ic Uc Pc Ід Uд Рд ?
В Гц А В Вт А В Вт рад/с
1 2 19,5 0,27 222 4,2 0,15 54 7 116
2 4 40,3 0,27 222 4,5 0,29 158 16,5 251
3 6 61,6 0,27 222 4,5 0,26 223 20,5 384
4 8 82,4 0,27 222 4,9 0,2 223 23 511
5 9,85 100 0,27 222 5 0,2 220 32 613
Таблица 3.4 - Результаты обработки измерений, приведенных в таблице 3.1
№ п/п ? ?дв М1 Р2 S3ф cos ф д рад/с о.е. Нм Вт ВА о.е.
1 116 0,04 0,017 1,97 116,85 0,41
2 250 0,06 0,017 4,25 226,32 0,32
3 381 0,10 0,017 6,48 183,06 0,34
4 512 0,12 0,017 8,70 142,38 0,53
5 614 0,11 0,017 10,44 144,48 0,69
Таблица 3.5 - Результаты обработки измерений, приведенных в таблице 3.2
№ п/п ? ?дв М1 Р2 S 3ф cos ф д рад/с о.е. Нм Вт ВА о.е.
1 115 0,03 0,017 1,96 162,18 0,39
2 249 0,06 0,017 4,23 223,86 0,29
3 383 0,10 0,017 6,51 181,44 0,36
4 510 0,11 0,017 8,67 139,86 0,56
5 611 0,11 0,017 10,39 133,2 0,72
Таблица 3.6 - Результаты обработки измерений, приведенных в таблице 3.3
№ п/п ? ?дв М1 Р2 S 3ф cos ф д рад/с о.е. Нм Вт ВА о.е.
1 116 0,09 0,017 1,97 24,3 0,86
2 251 0,09 0,017 4,27 137,46 0,36
3 384 0,11 0,017 6,53 173,94 0,35
4 511 0,13 0,017 8,69 133,8 0,52
5 613 0,11 0,017 10,42 132 0,73
Рисунок 8 - Зависимость угловых скоростей ротора и напряжений от частоты тока при холостом ходе АД
4.3 Расчет и построение зависимостей напряжения сети Uc, двигателя U, угловой скорости ротора от частоты тока I при номинальном токе двигателя
Таблица 4.1 - Измерения проведенные при номинальном токе двигателя Ін=const, «1-й» закон регулирования
Порядок организации и проведения безопасной эксплуатации электроустановок определяются Межотраслевыми правилами по охране труда (Правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. Межотраслевые правила утверждены приказом Министерства энергетики РФ от 27.12.2000 № 163, 18.02.2003/20.02.2003 внесены, утверждены дополнительные изменения.
Требования к персоналу, обслуживающему электротехнические установки.
Все работающие, имеющие отношение к эксплуатации электрических установок, в зависимости от характера выполняемой работы, стажа, возраста и электротехнических знаний разделены на 6 квалификационных групп.
К первой группе относятся уборщики, разнорабочие и г. д.; ко второй группе - мотористы электродвигателей, электромонтеры и т. д., имеющие стаж работы в электроустановках не менее трех месяцев; к третьей группе - дежурные по подстанциям и сетям, а также по обслуживанию цехового электрооборудова
Вывод
Частотный преобразователь является одним из перспективных регулирований скорости асинхронного двигателя, который проводится по 3-м законам изменения напряжения от частоты тока U/f, в зависимости от механических характеристик рабочих машин.
Среди существующих частотных преобразователей наиболее широкие возможности имеют преобразователи скорости с звеном постоянного тока за счет широтно-импульсной модуляции.
В процессе обучения важно знакомить студентов с характеристиками частотного регулирования асинхронного электропривода в форме лабораторной работы, для чего необходим соответствующий стенд.
Разработанный на существующем стенде исследующий характеристики асинхронного двигателя и имеющийся преобразователь частоты разработан стенд регулируемого электропривода.
Составлена методика исследований и порядок проведения опыта на разработанном стенде и сняты рабочие, механические, энергетические и регулировочные характеристики
Разработаны мероприятия безопасности жизнедеятельности.
Список литературы
1Москаленко В.В. Электрический привод / В.В. Москаленко. - 2-е изд., стер. - М.: Академия, 2004. - 368 с.
2 Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу / М.М. Кацман. - 2-е изд., испр.- М.: Высш. шк., 2000. - 215 с.
3 Онищенко Г.Б. Электрический привод: Учебник для вузов / Г.Б. Онищенко. - М.: Академия, 2008. - 288 с.
4 Руководство по эксплуатации ВАЮУ.435Х21.006-02РЭ «ВЕСПЕР» / Е2-MINI / Ред. 2011.