Аннотация 2
Введение 4
1 Состояние перспективы электроприводов с частотным регулированием 10
1.2 Частотные преобразователи для насосов систем водоснабжения 17
1.3 Общие сведения 22
1.5 Характеристика системы пикового теплоснабжения 35
1.6 Расчет мощности двигателя насоса 39
1.7 Расчет элементов преобразователя частоты 44
1.7.1 Расчет и выбор ключей инвертора 44
1.7.2 Расчет и выбор вентилей диодного моста 47
1.7.3 Расчет фильтра 51
2 Расчет механических характеристик при скалярном управлении 54
2.1 Общий подход расчета механических характеристик асинхронного двигателя при частотном скалярном управлении 56
2.2 Математическое моделирование системы электропривода 64
2.3 Динамические характеристики системы 69
3 Технология изготовления ротора асинхронного двигателя и техника безопасности при эксплуатации электроприводов 72
3.1 Способы изготовления короткозамкнутых роторов асинхронного двигателя 72
3.2 Безопасность и экологичность электродвигателя с преобразователем частоты 76
3.3 Экономическое обоснование модернизации электропривода питательного насоса 91
Заключение 94
Список используемых источников 96
Купить

На сегодняшний день в России, приоритетным направлением является повышение энергоэффективности технической сферы. Наибольшее потребле­ние электроэнергии в промышленности ложится на электроприводы (около 70%), поэтому более актуально будет рассмотреть задачу энергосбережения при работе именно этих устройств на электростанциях. Сегодня мы имеем се­рьезные успехи и прогресс в технической сфере, а именно в силовой электро­нике и энергетике. В промышленности налажено стабильное крупное произ­водство силовых IGBTмодулей и транзисторов. Современная наука добилась значительного прогресса в различных информационных и вычислительных сферах. Так же замечен прогресс в развитии машин переменного тока и микро­процессорных систем управления. Все эти скачки в развитии электротехники создают благоприятные условия для развития и применения различных систем частотного управления, в частности систем в которые используется векторное и скалярное управление. У электроприводов на базе устройств для частотного ре­гулирования их работы отсутствуют ограничения по максимальной скорости вращения и предельной мощности. При правильном применении электропри­водов на базе преобразователей частоты задача энергоэффективности промыш­ленности становится вполне решаемой, путем снижения электропотребления электроприводов. [6]
Существенное снижение потери электроэнергии в обмотках электродви­гателя в первую очередь обуславливается тем, что при питании через преобра­зователь частоты обеспечивается синусоидальное трехфазное напряжение хо­рошего качества. Это стало возможным благодаря применению нового принци­па, который является основой работы современный преобразователей частоты (ПЧ). Принцип основывается в основном на модуляции широтно-импульсного типа. Если сравнивать асинхронный двигатель с другими типами двигателей, можно выделить для него ряд преимуществ, таких как: низкая инерция от рото­ра, повышенная надежность, конструкция достаточно простая, прост в обслу­живании и монтаже, и что самое важное очень высокий показатель надежности работы. Благодаря этим качествам, в сочетании с качествами современного преобразователя частоты с высокими показателями регулирования, такой элек­тропривод становится все более и более распространенным во всех техниче­ских сферах и в промышленности.
Существует ряд сфер и областей, в которые будет более логично и целе­сообразно внедрить такой электропривод. В первую очередь это сферы где за­дачи и вопросы регулирования частоты вращения различных устройств и меха­низмов стоят особо остро. Самыми эффективными и целесообразными сферами для внедрения частотного электропривода являются: насосные, питательные станции водоснабжения, с асинхронными двигателями, теплоснабжение. Так же актуальным, вопрос частотного регулирования стоит в сферах, использующих вентиляторы, компрессоры, нагнетателей и различных воздушных устройств. [11]
В сферах и областях, описанных выше по различным статистическим данным около 30% общей потребляемой электроэнергии из сети, приходится на электроприводы насосов и вентиляторов. Использование электропривода с ча­стотным регулированием скорости открывает новые возможности в энергосбережнии. Помимо экономии электроэнергии, использование ПЧ приводит к сбе­режению тепловой энергии и крупному снижению расходов воды, так как ис­ключаются утечки в магистрали, которые до этого были обусловлены серьез­ным повышением давления в трубопроводе. Если сравнить привод, регулируе­мый преобразователем частоты, и привод с дроссельным регулированием, можно отметить что при частотном регулировании сильно снижается количе­ство аварийных ситуаций при работе. В основном снижается вероятность гид­равлического удара в системе трубопровода, которые часто возникают при пус­ке и различных изменениях режимов работы и настройки насоса. Проведя ана­лиз полного списка характеристик асинхронного двигателя при регулировании от преобразователя частоты, можно уверенно сказать, что такой электропривод сегодня самый эффективный и энергосберегающий. Поэтому стоит отдать предпочтение в использовании именно ему.[3]
Актуальность:
Современный электропривод осуществляет вращение и движение самых разных механизмов и устройств, приводит их в работу и в целом именно он представляет собой основную перспективу развития в большинстве техниче­ских сфер и отраслей. Так же большая часть бытовой деятельности людей зави­сит от эффективности работы электропривода. В начале 21 века появилась се­рьезная проблема энергосбережения в промышленных сферах и энергетики в целом. Проанализировав ситуацию, стало ясным что необходимо появление на рынке нового электропривода, регулирование которого происходило бы ча­стотным способом. Стоит отметить что до этого очень широко применялись нерегулируемые электроприводы. Различный опыт, который передаю страны нашей планеты подтверждает, что внедрение регулируемого электропривода дает возможность резко повысить эффективность в различных системах, таких как например: водо и теплоснабжения, системы отопления и вентиляции зда­ний. Согласно различным общим статистическим данным, внедрение регулиру­емого электропривода в системы водоснабжении приводит к 50и процентной экономии электроэнергии. Показатели экономии тепла и воды варьируются около 20%. Такая модернизация в целом приводит к уменьшению количества гидравлических ударов магистрали водоснабжения, так же благодаря частотно­му регулированию становится возможным более просто и удобно вести учет и наблюдение за системой в целом. Средства на модернизацию регулируемого электропривода в системы тепло и водоснабжения как правило окупаются в срок не более года. [5]
В технической сфере из-за такой очевидной выгоде модернизации даже появилось выражение «энергосберегающий регулируемый электропривод». Благодаря переходу к более экономичному регулируемому электроприводу в системах тепло и водоснабжения, удалось получить колоссальное снижение различных потерь, таких как потери воды и электроэнергии. В целом, отказ от низкоэффективных электроприводов, регулируемых заслонкой или дросселем, и переход на частотное регулирование скорости вращения, ведет к большому повышению энергоэффективности производства и промышленности в стране в целом. Давайте рассмотрим основные моменты и факторы, которые отвечают за оптимизацию показателей электропривода, а так же нюансы при его выборе по мощности. Коэффициент полезного действия асинхронного электропривода при работе с преобразователем частоты падает примерно на 3%, а мощность снижается до 4%. Существует ряд причин, приводящих к излишнему выделе­нию тепла двигателем и снижению его КПД на величину до 8%. Главной при­чиной являются высокочастотные потери, которые объясняются не синусои­дальностью напряжения. Как мы знаем из различных источников, кратковре­менные отключения частотного преобразователя от сети, из-за которых сраба­тывает электронная защита, негативно складываются на их работе. Как правило такие отключения, обусловленные различными факторами, перебоями в сети и авариями, вызывают крупные финансовые потери на предприятиях. В связи с этим, в зарубежной, и в том числе Российской практике все более серьезно ста­ли просчитывать с экономической точки зрения, важность установки аккуму­лирующих и дублирующих устройств для бесперебойной работы. Так же из-за добавочных потерь в обмотках, которые объясняются высшими гармониками тока, нам становится необходимым применение устройств для изменения гар­монического состава тока.[20,26]
Существуют различные современные устройства для повышения элек­тромагнитной совместимости сети и преобразователя частоты. К примеру, на входе выпрямителя устанавливается фильтр, который изменяет состав питаю­щего напряжения и состав тока из сети (гармонический). Так же он меняет ко­эффициент мощности системы. В настоящее время на различных технических предприятиях России в качестве электроприводов водогрейных котлов системы водоснабжения используется нерегулируемый электропривод. При этом регу­лирование подачи воды осуществляется дроссельным способом, что приводит к большим затратам электрической энергии. Появление электроприводов с ча­стотным управлением дает возможность осуществлять подачу воды регулируя скорость вращения вала насоса. Это дает возможность экономить электриче­скую энергию в 3 раза. Так же стоит заметить, что из-за регулирования подачи воды в магистраль дроссельным способом увеличивается количество аварий на магистрали, так как при закрывании заслонки в магистрали резко увеличивает­ся давление, из-за которого со временем она начинается трескаться и лопаться. Появление частотного преобразователя в асинхронном электроприводе дает возможность экономить не только на электроэнергии, но также, экономит воду, теряемую при прорыве магистрали, и что не мало важно людские ресурсы, ча­сто отправляемые на ремонт аварийной магистрали. [4]
Задачи:
Необходимо осуществить модернизацию асинхронного электропривода питательного насоса К150-125-315, работающего с преобразователем частоты MIKROMASTER vector и асинхронного двигателя 4А200Е4У3.
Провести полный расчет силовой схемы электропривода, так же вычислить рассчитать полный спектр механических характеристик, при условии использо­вания в расчетах квадратичного закона частотного регулирования. Определить моменты и скорости для обеспечения стабильной работы электропривода асин­хронный двигатель - питательный насос для частот 50 Гц.,42,5 Гц, и 35 Гц.
Спроектировать математическое описание электромеханических процес­сов и рассчитать переходные процессы во время прямого и частотного пуска электропривода, путем проектирования в программе Matlab-simulink.[22].
Рассмотреть различные нюансы при изготовлении ротора асинхронного двигателя, а также рассмотреть положения о технической безопасности и эко­логии, во время проведении пусковых работ. Так же рассмотреть процесс настройки и обслуживания асинхронного двигателя с частотным регулировани­ем. Рассчитать и составить экономическое обоснование, для модернизации электропривода.
Новизна:
Предложен новый алгоритм управления системой водоснабжения в раз­ветвленных магистральных трубопроводах, отличающийся от известных ранее тем, что контроль давления осуществляется при помощи частотного преоб­разователя, вместо дроссельной заслонки.
Практическая значимость работы:
Разработанная система частотного управления асинхронным двигателем, обес­печивающая заданные механические характеристики и энергетические показа­тели, при работе электропривода с насосом водогрейного котла, решает про­блему утечек в магистралях водоснабжения и снижает энергозатраты на пита­ние оборудования.
На защиту выносятся:
• расчет силовой схемы электропривода и механических характеристик;
• математическое описание электромеханических процессов;
• экономическое обоснование проведенной модернизации;
• переходных процессов при прямом и частотном пусках электропривода.
Купить