X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

При дражном способе разработки месторождений применим трёхфазный асинхронный двигатель с фазным ротором. Трёхфазный двигатель – электродвигатель, конструктивно предназначенный для питания от трехфазной сети переменного тока. Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора – различной конструкции – вращающегося строго со скоростью поля статора (синхронный двигатель) или несколько медленнее его (асинхронный двигатель).

Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию, подаваемую на обмотки статора, в механическую (вращение вала ротора). Но входная и выходная мощность не равны друг другу, так как во время преобразования происходят потери энергии: на трение, нагрев, вихревые токи и потери на гистерезисе. Это энергия рассеивается как тепло. Поэтому асинхронный электродвигатель имеет вентилятор для охлаждения.

Достоинства асинхронного электродвигателя с фазным ротором

большой начальный вращающий момент;

возможность кратковременных механических перегрузок;

приблизительно постоянная скорость при различных перегрузках;

меньший пусковой ток по сравнению с электродвигателями с короткозамкнутым ротором;

возможность применения автоматических пусковых устройств.

Недостатки асинхронного электродвигателя с фазным ротором

большие габариты;

cos φ и КПД ниже, чем у электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

По результатам расчета механического раздела, был выбран асинхронный двигатель с фазным ротором. Это двигатель, который можно регулировать с помощью добавления в цепь ротора добавочных сопротивлений. Обычно такие двигатели применяются при пуске с нагрузкой на валу, как при дражном способе отработки, так как увеличение сопротивления в цепи ротора, позволяет повысить пусковой момент и уменьшить пусковые токи. Этим асинхронный двигатель с фазным ротором выгодно отличается от АД с короткозамкнутым ротором.

Добавочное сопротивление вводится только при пуске двигателя. Причем им обычно служит ступенчатый реостат, сопротивление которого уменьшают с увеличением оборотов двигателя. Таким образом, пуск двигателя осуществляется тоже ступенчато. После того, как разгон закончился и двигатель вышел на естественную механическую характеристику, обмотку ротора закорачивают. Для того, чтобы сохранить щетки и снизить потери на них, в двигателях с фазным ротором существует специальное устройство, которое поднимает щетки и замыкает кольца. Таким образом, удается повысить еще и КПД двигателя. Добавочное сопротивление позволяет главным образом осуществить пуск двигателя под нагрузкой, работать с ним длительное время двигатель не может, так как механические характеристики слишком мягкие и работа двигателя на них нестабильна.

Питание силовой части двигателя осуществляется после включения рубильника QF. Защита двигателя в случае короткого замыкания осуществляется с помощью предохранителей FA1. Так же двигатель защищен двумя максимальными токовыми реле KK, общий контакт которых заведен в схему управления. Коммутация статорных цепей осуществляется с помощью контакторов КМ1 и КМ2. Совместное включение этих контакторов невозможна, так как существует электрическая блокировка в виде нормально-закрытых контактов. Управление скоростью осуществляется с помощью выводимых сопротивлений в роторной цепи двигателя.

Сеть управления защищена предохранителями FA и FA2. В случае перегорания одного из них, привод остановится. Так же в схеме предусмотрена кнопка аварийного остановки SB3. Контакты максимального токового реле КК заведены в схему. При срабатывании токового реле привод остановится. После нажатия кнопки SB1 или SB2 привод начнет движение на минимальной скорости. Держать кнопку не надо, так как контактор встанет на самоподхват.

Рис. 1. Схема асинхронного привода с реостатным управлением

Рассмотрим вариант частотно регулируемого электропривода для выбранного двигателя с фазным ротором, имеющим закороченные обмотки.

Для частотного регулирования применяют в основном полупроводниковые преобразователи. Их принцип действия основан на особенности работы асинхронного двигателя, где частота вращения магнитного поля статора зависит от частоты напряжения питающей сети. Скорость вращения поля статора определяется по следующей формуле: n1 = 60f/p, где n1 – частота вращения поля (об/мин), f-частота питающей сети (Гц), p-число пар полюсов статора, 60 – коэффициент пересчета мерности.

Для эффективной работы асинхронного электродвигателя без потерь нужно вместе с частотой изменять и подаваемое напряжение. Напряжение должно меняться в зависимости от момента нагрузки. Если нагрузка постоянная, то напряжение изменяется пропорционально частоте.

Выбирается преобразователь с промежуточным звеном постоянного тока позволяющий регулировать частоту как вверх, так и вниз от частоты питающей сети; он отличается высоким КПД (около 0,96), значительным быстродействием, сравнительно малыми габаритами и надежностью.

Рис. 2. Принципиальная схема ПЧ со звеном постоянного тока

СФ – сетевой фильтр для отсечения высших гармоник; В – выпрямитель, обычно не регулируемый (в ПЧ первого поколения) для регулирования напряжения в звене постоянного тока; ДН и ДТ – датчики напряжения и тока; ТК – тормозной ключ; АИ – автономный инвертор, обычно ШИМ; МФ – мотор-фильтр, уменьшение высших гармоник на двигатель; СУ – система управления.

Рис. 3. Принципиальная схема силового АИ

В качестве запираемых ключом в АИ могут использоваться GTO тиристоры или IGBT транзисторы. В данной дипломной работе рассматривается схема на транзисторах исходя из ниже следующих соображений.

Тиристор является полууправляемым прибором: для его включения достаточно подать короткий импульс на управляющий вывод, но для выключения необходимо либо приложить к нему обратное напряжение, либо снизить коммутируемый ток до нуля. Для этого в тиристорном преобразователе частоты требуется сложная и громоздкая система управления.

Биполярные трaнзисторы с изолированным затвором IGBT отличают от тиристоров полня управляемость, простая неэнергоемкая система управления, самая высокая рабочая частота.

Вследствие этого преобразователи частоты на IGBT позволяют расширить диапазон управления скорости вращения двигателя, повысить быстродействие привода в целом.

Применение IGBT с более высокой частотой переключения в совокупности с микропроцессорной системой управления в преобразователях частоты снижает уровень высших гармоник, характерных для тиристорных преобразователей. Как следствие - меньшие добавочные потери в обмотках и магнитопроводе электродвигателя, уменьшение нагрева электрической машины, снижение пульсаций момента и исключение так называемого «шагания» ротора в области малых частот. Снижаются потери в трансформаторах, конденсаторных батареях, увеличивается срок службы электропривода, уменьшается количество ложных срабатываний устройств защиты и погрешности индукционных измерительных приборов. Изменением периода подачи управляющих импульсов на силовые ключи достигается изменение частоты напряжения подаваемого на двигатель.

Рис. 4. Алгоритм подачи импульсов на транзисторы

При таком алгоритме в любой момент времени работают три силовых ключа (VT1, VT4, VT6)

Для работы двигателя необходимо с изменением частоты изменять и напряжение. Для этого его изменяют в звене постоянного тока либо используют ШИМ. При выборе соотношений между частотой и напряжением чаще всего исходят их условий сохранения перегрузочной способности.

Из построенных графиков следует что, при неизменном моменте нагрузки и реостатном управлении потери мощности в роторной цепи изменяются пропорционально скольжению, а потери в статоре не зависят от скольжения и остаются неизменными при данном моменте нагрузки. Следовательно, с ростом регулировочного сопротивления при одном и том же скольжении снижается КПД.

К недостаткам реостатного регулирования скорости относятся также мягкость механических характеристик и зависимость диапазона регулирования от величины нагрузки. В частности, регулирование скорости на холостом ходу практически невозможно.

Искусственные характеристики малопригодны для регулирования скорости АД: они обеспечивают небольшой диапазон изменения скорости; жесткость характеристик АД и его перегрузочная способность, характеризуемая критическим моментом, по мере увеличения R1д снижаются; способ отличает и низкая экономичность.

При частотном регулировании по мере снижения частоты при падает доля э. д. с. по отношению к приложенному напряжению вследствие относительного возрастания падения напряжения в сопротивлении статора с ростом нагрузки, что приводит к уменьшению магнитного потока, а, следовательно, к снижению электромагнитного момента. Как следствие убывания магнитного потока и абсолютного критического скольжения по мере снижения частоты падает максимальный момент и снижается жесткость механических характеристик.

Основными достоинствами этой системы регулируемого электропривода являются: плавность регулирования и высокая жесткость механических характеристик, что позволяет регулировать скорость в широком диапазоне; экономичность регулирования, определяемая тем, что двигатель работает с малыми величинами абсолютного скольжения, и потери в двигателе не превышают номинальных.

Список литературы:

1. Бондарев В.А., Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 3-2. – С. 302-303.

2. Бондарев В.А., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5-1. – С. 228-229.

3. Карташев И.И., Тульский В.Н., Кузнецов Н.М., Семёнов А.С. Мониторинг показателей качества электрической энергии в системах электроснабжения горных предприятий: монография / Москва, 2013. – 142 с.

5. Семёнов А.С. // Естественные и технические науки. – 2013. – № 4 (66). – С. 296-298;

6. Семёнов А.С. // Мир современной науки. – 2013. – № 1 (16). – С. 12-15;

7. Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 3-2. – С. 314-319;

8. Семёнов А.С., Хубиева В.М., Петрова М.Н. // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 10-3. – С. 523-528;

10. Турбокомпрессоры: Учеб. пособие / Галеркин Ю.Б., Козаченко Л.И. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – 374 с.;

11. Хисамаев И.Г., Максимов В.А., Баткис Г.С., Гузельбаев Я.З. Проектирование и эксплуатация промышленных центробежных компрессоров. – Казань: Изд-во «ФЭН», 2010. – 671с.;

12. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей вузов. – 2-е изд., – М.: Энергоатомиздат. 1984. – 416 с.;

13. Semenov A.S. Lower the economic losses in electric networks // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. – № 12. – С. 57.

Код для цитирования: Скопировать