Энергетические показатели системы преобразователь частоты – асинхронный двигатель

 

4.1 Системы преобразователь частоты – асинхронный двигатель

Применение систем преобразователь частоты – асинхронный двигатель (ПЧ-АД) для широкого круга механизмов в различных отраслях производства обусловлено достоинствами частотного регулирования и значительными успехами, достигнутыми в области преобразовательной техники. Осуществление питания АД с короткозамкнутым ротором от статических ПЧ позволило создать экономичный регулируемый привод переменного тока с высокими динамическими и статическими показателями. По принципу работы силовых схем ПЧ можно разделить на два основных типа: непосредственные (НПЧ); двухзвенные (ДПЧ). На рис. 4.1 представлены структурные схемы системы ПЧ-АД с НПЧ и ДПЧ.

 

 

 

Рисунок 4.1 – Структурные схемы систем ПЧ-АД

 

Преобразователи частоты осуществляют преобразование переменного тока с напряжением и частотой сети в переменный ток с регулируемым напряжением и частотой. В НПЧ (рис. 4.1а) преобразование переменного тока происходит непосредственно (в одну ступень), а в ДПЧ (рис. 4.1б) – с промежуточным преобразованием. Таким образом, в ДПЧ происходит двухступенчатое преобразование электроэнергии, поэтому он содержит выпрямитель В и автономный инвертор АИ, которые связаны между собой фильтром.

Двухзвенные преобразователи частоты могут быть с автономными инверторами напряжения (АИН) и с автономными инверторами тока (АИТ).

По способу регулирования выходного напряжения ДПЧ разделяют на три типа: управляемый выпрямитель – автономный инвертор (УВ-АИ); неуправляемый выпрямитель – прерыватель – автономный инвертор (В-П-АИ) и неуправляемый выпрямитель – автономный инвертор (В-АИ). Структура УВ-АИ предусматривает регулирование напряжения на выходе автономного инвертора с помощью управляемого выпрямителя. Структура В-П-АИ также обеспечивает регулирование напряжения на выходе автономного инвертора, но при неизменном напряжении на выходе выпрямителя. Это достигается прерывателем путем широтно - импульсного регулирования (ШИР). Напряжение на выходе преобразователя со структурой В-АИ регулируется непосредственно инвертором путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ) или ШИР.

Все типы ПЧ имеют свою экономически и технически обоснованную область применения. В качестве силовых элементов, обеспечивающих преобразование энергии в преобразователях частоты, находят в основном применение тиристоры и силовые транзисторы.

 

4.2 Пуск привода в системе ПЧ - АД

Потери энергии в АД при построении привода с ПЧ различных структур в пусковом режиме могут быть определены одинаковым образом.

При линейном изменении частоты питающего напряжения статора в пусковом режиме динамический момент и абсолютное скольжение в первом приближении постоянны и потери энергии в двигателе могут быть определены из выражения.

                    

где   – абсолютное скольжение в динамическом режиме.

При пуске со скольжением меньшем, чем критическое, оно может быть найдено из равенства.

,

где   – коэффициент, учитывающий жесткость механической характеристики на рабочем участке.

.

После преобразований получается выражение для потерь

.

Работа, совершаемая приводом в процессе пуска, может быть найдена из следующего выражения.

 

Потребляемая приводом при пуске энергия равна

,

где  – коэффициент полезного действия преобразователя частоты.

Активная энергия, потребляемая из сети, определяется по формуле

.

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

 

 

 

Рисунок 4.2 – Тахограмма и нагрузочная диаграмма системы ПЧ - АД

 

1. Частотный пуск

Данные механизма:

статический момент нагрузки, Н · м 133;

начальная скорость, с^-1 0;

конечная скорость, с^-1 98;

продолжительность пуска, с 1.1.

двигатель типа 4АНК180S6У3

коэффициент полезного действия преобразователя, % 80.

 

Cредний момент двигателя при пуске

М_ср.д = 1·98/1,1 + 133 = 222 Н·м.

Коэффициент, учитывающий жесткость механической характеристики на рабочем участке

k_sa = 133/0,064 = 2080 Н·м.

Потери при пуске составят

Δ А = 222²/2080·104,7·(1+0,363/0,597)·1,1 = 4390 Дж

Работа, совершаемая за время пуска равна

А = 133·98·1,1/2 = 7170 Дж.

Приращение кинетической энергии

Δ W _кин = 1/2·98²= 4800 Дж.