Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния, преимуществ и проблем использования асинхронного регулируемого электропривода в сельских регионах. Цель и задачи исследования 13
1.1. Анализ состояния и проблем использования регулируемого электропривода 13
1.1.1. Анализ особенностей использования и причин, сдерживающих внедрение регулируемого электропривода ... 13
1.1.2. Проблематика дальнейшего развития регулируемого электропривода 20
1.2. Анализ целесообразности использования и дальнейших разработок регулируемого электропривода для насосных установок водоснабжения 28
1.2.1. Оценка эффективности регулирования подачи воды изменением частоты вращения насосов по анализу характеристик насосных установок 28
1.2.2. Актуальность использования регулируемого электропривода при реализации заданного графика водопо-требления 32
1.3. Рациональные варианты регулируемого электропривода в сельхозпроизводстве 39
1.4. Цель и задачи исследования 52
Глава 2. Возможности и средства обеспечения работоспособности частотного привода при неполнофазном питании 54
2.1. Определение рациональных схем выпрямления 54
2.2. Анализ среднечастотных процессов в звене постоянного напряжения с емкостным фильтром 60
2.3. Особенности работы звена постоянного напряжения с индуктивно-емкостным фильтром 73
2.4. Определение рациональных вариантов преобразователей частоты 76
Выводы 87
Глава 3. Анализ характеристик и разработка схем управления электроприводов насосных установок 90
3.1. Методика анализа характеристик насосов с регулируемым приводом 90
3.2. Схема управления электроприводом насоса с использованием функциональных возможностей ПЧ нового поколения 96
3.3. Использование современной элементной базы в схемах управления электроприводами насосов 102
3.4. Обеспечение защиты электроприводов и установок в нештатных ситуациях 107
3.4.1. Обеспечение селективной защиты по току утечки для регулируемых электроприводов насосных установок 107
3.4.2. Исключение нерационального расхода электроэнергии и защита насосов при «сухом ходе» 110
3.4.3. Схема сигнализации для обеспечения компьютерного управления приводами 112
3.5. Схема управления двухнасосной установкой с автоматичеким включением резервного питания 115
Выводы 119
Глава 4. Упрощение процедуры диагностики электроприводов 122
4.1. Теоретическое обоснование диагностики обрыва стержней ротора по показаниям амперметра в цепи статора асинхронного двигателя 122
4.2. Дистанционная диагностика обрыва стержней коротко-замкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя 129
4.3. Непрерывный и предварительный автоматический контроль изоляции электропривода 137
Выводы 143
Глава 5. Разработка схемы дистанционного управления электроприводом с использованием ЭВМ 146
5.1. Схема с использованием ЭВМ и бесконтактного блока сопряжения 146
5.2. Составление и описание программы управления работой электропривода 153
Выводы 157
Заключение 159
Библиографический список использованной литературы 162
Приложения 176
- Анализ особенностей использования и причин, сдерживающих внедрение регулируемого электропривода
- Анализ среднечастотных процессов в звене постоянного напряжения с емкостным фильтром
- Схема управления электроприводом насоса с использованием функциональных возможностей ПЧ нового поколения
- Дистанционная диагностика обрыва стержней коротко-замкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Сложившиеся экономические условия требуют значительного повышения работоспособности и эффективности использования электроприводов (ЭП) во всех производственных сферах. Особенно остро эта проблема стоит в сельскохозяйственном производстве, где использование ЭП имеет ряд особенностей, среди которых, в частности, можно назвать следующие:
подавляющее количество ЭП выполнено на основе асинхронных двигателей; при этом имеет место рост доли электроэнергии, потребляемой ЭП, и рост тарифов на электроэнергию;
используемые ЭП преимущественно нерегулируемые, а следовательно и низкоэффективные;
отказы работы ЭП могут привести к достаточно тяжелым последствиям, в частности, к гибели животных и птиц;
значительная протяженность низковольтных линий электропередач обуславливает относительно частые обрывы проводов сети с большими сроками их устранения;
квалификация персонала, обслуживающего электроустановки, не высока; сервисное обслуживание ЭП не развито; система переподготовки персонала не всегда налажена и не успевает за развитием техники.
С учетом перечисленных особенностей эксплуатации ЭП в сельхозпро-изводстве к одной из важных задач при разработке и эксплуатации ЭП следует отнести повышение их работоспособности - обеспечение функционирования при расширении области допустимых возмущающих воздействий. Одним из существенных возмущающих факторов, приводящих к исчезновению работоспособности электроприводов, следует назвать обрыв проводов питающей сети.
В связи с этим весьма актуальной является проблема обеспечения функционирования ЭП при неполнофазном питании, а также разработка действен-
/
7 ных средств защиты.
Эффективность использования ЭП может быть повышена, в частности,
за счет
экономии электроэнергии путем замены нерегулируемого ЭП на регулируемый;
увеличения срока службы ЭП вследствие применения эффективной защиты и своевременной диагностики;
уменьшения убытков из-за снижения простоев оборудования;
повышения качества продукции, увеличения срока службы оборудования технологических линий при применении регулируемого ЭП.
Решению названных проблем повышения работоспособности и эффективности асинхронных ЭП применительно к сельхозпроизводству и посвящена данная работа.
Работа выполнена в рамках НИР ВГТУ по госбюджетной теме № ГБ01.09 «Разработка и исследование средств роботизации и автоматизации технологических процессов», утвержденной в 2002 г.
ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ является асинхронный электропривод.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследование возможностей и разработка средств повышения работоспособности и эффективности асинхронных ЭП с учетом особенностей сельскохозяйственного производства.
Исходя из названной цели в работе были поставлены и решены следующие ЗАДАЧИ:
произведен анализ состояния, проблем, преимуществ и целесообразности использования асинхронного регулируемого ЭП в сельскохозяйственного производства;
сделан выбор вариантов преобразователей частоты (ПЧ), сохраняющих работоспособность при неполнофазном питании;
определены методики анализа работы ПЧ при неполнофазном питании;
/
- получена методика компьютерного построения множества зависимостей
напора насоса от его производительности H=f(Q) и мощности насоса от его производительности P=f(Q) для облегчения выбора ЭП насосов;
разработаны схемы управления и защиты ЭП насосных установок, схемы модернизации и наращивания их функциональных возможностей;
дано теоретическое обоснование и предложено упрощение отдельных процедур диагностики ЭП за счет создания и исследования новых схемных решений периферийных устройств;
разработан вариант дистанционного управления ЭП с использованием ЭВМ, составлена и описана соответствующая программа управления работой ЭП.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
При проведении исследований и реализации поставленных в диссертации задач использовались аналитические, графоаналитические и экспериментальные методы, теоретические основы электротехники, основы теории электрических машин и электропривода, численные методы математического анализа. Для автоматизации процедур решения различных задач, графоаналитических и графических построений использовались компьютерные программы и их версии.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
предложена методика обеспечения работоспособности частотного ЭП при обрыве одного из четырёх проводов питающей сети (неполнофазном питании);
получены методики анализа работы ПЧ с различными типами фильтров при неполнофазном питании; выработаны рекомендации по реализации ПЧ для приводов, сохраняющих работоспособность при неполнофазном питании;
с использованием компьютерных программ Арргох и Mathcad разработана методика анализа и построения необходимого множества зависимостей
/
9 H=f(Q) и P=f(Q) для насосных установок при разных скоростях вращения, в
том числе в трехмерной системе координат;
разработаны схемы управления, защиты и диагностики для ЭП;
дано теоретическое обоснование возможности дистанционного шагового поворота короткозамкнутого ротора для диагностики стержней ротора при использовании бесконтактных схем управления;
получена и применена компьютерная программа управления схемой ЭП насоса с использованием удобных многоцелевых диалоговых окон системы Windows, это позволяет создавать схемы нового поколения для управления ЭП насосов с программными резервами и возможностью адаптации для решения других задач.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
Предложена схема программного управления двигателем насоса с использованием электронного реле концерна ABB, позволяющая обновить информационное поле оператора и снизить массогабаритные показатели.
Разработаны схемы управления двигателем насоса с использованием модуля LOGO, позволяющие программировать работу насоса и осуществлять защиту ЭП по току.
С использованием новой элементной и аппаратной базы предложены схемы селективной защиты ЭП по току утечки и защиты при "сухом ходе", схема дополнительной сигнализации об исчезновении (даже кратковременном) питающего напряжения компьютерной сети, схема управления двухна-сосной станцией с ПЧ и оригинальным многофункциональным АВР.
Разработаны два варианта бесконтактных схем дистанционной диагностики стержней короткозамкнутого ротора и схемы автоматического непрерывного и предварительного контроля изоляции ЭП.
РЕАЛИЗАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
Основные теоретические и практические результаты работы внедрены
!
в производство и при разработке схем и методов управления электроприводами с использованием преобразователей частоты серии EI на НПО "Стройтехавтоматика";
в учебный процесс кафедры электротехники Воронежского госагроуни-верситета по курсу "Электропривод" для студентов специальности 311400 "Электрификация и автоматизация сельского хозяйства".
Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Вычислительные машины. Автоматика и робототехника» (Воронеж, ВГТУ, 2002 г.,2003 г.), на международной научно-практической конференции "Аграрная наука в начале XXI века" (г. Воронеж, ВГАУ, 2002 г.), на научно-технических конференциях по итогам НИР Воронежского государственного агроуниверситета в 2000-2003 г. г.
ПУБЛИКАЦИИ
По результатам исследований опубликовано 15 печатных работ. Личный вклад автора: [3] - предложено обеспечивать работоспособность ПЧ при обрыве провода питающей сети, приведены возможные схемы выпрямителей, фильтров; [4] - получены уравнения для определения действующих значений фазных токов; [5] - разработана программа управления электроприводом насоса, предложены удобные диалоговые окна, позволяющие вести управление приводом и осуществлять контроль некоторых отказов; [7] - приведены возможные варианты фильтров, показано, что в емкостном фильтре среднее значение выпрямленного напряжения близко к амплитудному значению сети; [8] - предложено обеспечивать работоспособность ПЧ при обрыве одного из проводов питающей сети, дополнена схема ПЧ за счет введения блока торможения; [11] - разработана контактная и логическая часть схемы.
/
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит ПО страниц основного машинописного текста, 57 рисунков, 8 таблиц и 2 приложения. Список использованных источников состоит из 148 наименований (из них 37 иностранных источников). Общий объем работы составляет 189 страниц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе сделан анализ особенностей использования и причин, сдерживающих внедрение регулируемого ЭП в сельхозпроизводстве, отражена проблематика дальнейшего развития АЭП. Показана эффективность регулирования подачи воды по анализу характеристик насосных установок и при реализации заданного суточного графика водопотребления, проведён анализ целесообразности выполнения дальнейших разработок регулируемого АЭП для насосных установок водоснабжения. Проанализированы рациональные варианты регулируемого АЭП в сельхозпроизводстве. На основании проведённого анализа литературных источников о состоянии рассматриваемых в работе проблем в первой главе сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.
Вторая глава посвящена рассмотрению вопросов анализа и построения преобразователей частоты, сохраняющих работоспособность при обрыве одного из проводов питающей сети. Определены методики анализа звена постоянного напряжения с емкостным и индуктивно - емкостным фильтрами. Определены рациональные варианты схем выпрямителей, фильтров и преобразователей напряжения.
В третьей главе с использованием программ Арргох и MathCAD предложена методика расчета, построения и анализа зависимостей Н = f (Q) и Р = f (Q) для насосных установок при различных значениях оборотов п, что позволит облегчить процедуру выбора электродвигателей. Приведена разработанная схема включения ЭП насоса с использованием ПЧ для модернизации существующих приводов насосов, а также разработанная схема управления
12 насосом с использованием удобного программного реле концерна ABB. Показаны варианты использования модуля LOGO для расширения функциональных возможностей и защиты ЭП насосов, описаны схемы для защиты по току утечки и при «сухом ходе» насоса. Приведена полученная схема управления двухнасосной станцией с простой и оригинальной схемой АВР. Сделаны выводы.
В четвертой главе дано теоретическое обоснование возможности дистанционного диагностирования обрыва короткозамкнутой обмотки ротора, приведены разработанные в ходе исследований два варианта бесконтактных схем дистанционной диагностики при шаговом повороте ротора и цифровые результаты экспериментов. Приведена и проанализирована разработанная схема непрерывного контроля изоляции ЭД с наличием блока информации, а также схема предварительного автоматического контроля изоляции с запретом на обратное вращение насоса. Сделаны выводы.
В пятой главе рассмотрен полученный в ходе исследований и экспериментов подход для создания схем управления нового поколения и конкретная схема с использованием персональной ЭВМ и получением удобного и компактного информационного поля оператора. Подробно изложена разработанная компьютерная программа управления работой ЭП насоса с использованием многоцелевых диалоговых окон. Рассмотрена разработанная бесконтактная схема устройства блока сопряжения силовых коммутационных аппаратов с компьютером. Сделаны выводы.
В заключении сформулированы основные научные и практические результаты диссертационного исследования.
Анализ особенностей использования и причин, сдерживающих внедрение регулируемого электропривода
Электропривод с новейшими системами ПЧ - АД, являясь одним из результатов мирового научно-технического прогресса и эффективно аккумули- , руя многие практические достижения электроники, схемотехники, информатики и новейших технологий, в свою очередь стал мощным орудием этого прогресса. Он непрерывно, неоценимо по значению и беспрецендентно по объему влияет на другие области и сферы производства.
В сельхозпроизводстве на сегодня асинхронный ЭП составляет около 90 - 95 % от общего количества эксплуатируемых электроприводов. Такое доминирование ЭП с АД объясняется известными преимуществами АД с ко-роткозамкнутым ротором, в том числе бесконтактностью АД, что делает его незаменимым, например, в ЭП насосных установок вообще и водонасосных установок с погружными ЭД в частности.
Анализ ряда производств и литературных источников позволяет выделить следующие особенности при эксплуатации сельскохозяйственных электроприводов: -работа в помещениях с высоким содержанием химически активных веществ и высокой влажностью (животноводческие и птицеводческие помещения, теплицы); - работа в помещениях с высоким содержанием пыли (мельницы, зерно-токи), что ведет к оседанию пыли на двигателе, снижению теплоотдачи и повышению нагрева; - работа на открытом воздухе (летние лагери для скота), влияние сезонных колебаний температуры воздуха; - сезонная работа, работа малое число часов в сутки (двигатель не успевает самоподсушиваться при обтекании обмоток током); - повышенная коррозия контактов и элементов в условиях влажной и агрессивной среды; -территориальное удаление электроприводов друг от друга (ферма, зер-ноток, гараж, мастерские, теплица, скважина), что усложняет их обслуживание и ревизию при наличии, например, только одного электрика по штату в отделении даже большого хозяйства; - отсутствие легко транспортируемого на большое расстояние современ ного диагностического оборудования; -отсутствие хотя бы простейших стендов обкатки для своевременной проверки электроприводов, отремонтированных на местах в удаленных хозяйствах; - отсутствие в штате рядового сельскохозяйственного предприятия элек троспециалиста, отвечающего за установку, настройку, контроль, своевре менную замену и ревизию современных, в том числе довольно сложных электронных, устройств защиты электроприводов при токах короткого замы кания, перегрузки, потере фазы сети, асимметрии трехфазной системы на пряжений и других опасных режимах, ведущие к перегреву ЭД; - значительная протяженность низковольтных линий электропередач обуславливает относительно частые обрывы проводов сети, при этом сроки устранения обрывов проводов довольно значительны; -практическое отсутствие даже в ответственных ЭП надежных современных защит при обрыве одной из трех фаз питающей сети; -отставание повышения квалификации электроспециалистов от темпов развития ЭП. Все сказанное значительно усложняет внедрение АЭП вообще и регулируемого АЭП в частности. Оснащение промышленности и сельского хозяйства современными электроприводами на сегодня еще не в полной мере соответствует возросшим требованиям современного производства [ 1-5, 6 ]. Постоянно наблюдается тенденция роста использования электроприводов переменного тока. Ведущие фирмы мира настойчиво увеличивают выпуск приводов системы ПЧ — АД [1,3-5, 7, 8-13]. Рост производства регулируемых приводов обусловлен несколькими причинами [ 1,3 ], в том числе - устойчивой тенденцией автоматизации производства с использованием АСУ на базе ТП, что предполагает применение регулируемых ЭП; - усиливающейся тенденцией использования энергосберегающих технологий в различных отраслях производства. В промышленности, и особенно в сельском хозяйстве, требуется дальнейшее расширение зон использования регулируемых электроприводов прежде всего с системой ПЧ - АД. В литературе называются даже сроки окупаемости при замене нерегулируемых приводов регулируемыми [ 1, 14 ]. Однако, очень часто на практике в конкретных производственных и экономических условиях нужны убедительные доводы для названных замен. Необходим, например, дальнейший "прорыв порочного круга" и "подражательного подхода" при внедрении регулируемых ЭП для водонасосных установок в станциях второго подъема [ 3 ].
Особенно это важно в сельхозпроизводстве. Автоматическое управление большинства технологических линий на животноводческих фермах и комплексах ограничивается дистанционным включением и отключением электроприводов, при этом чаще всего используются простые и устаревшие аппараты и блокировки Г 2 ]. По данным литературы [ 2,7 ] в сельхозпроизводстве регулируемый ЭП применяется только в основном в вентиляционных установках. Однако, преимущественное распространение получили установки микроклимата типа «Климат - 4» [ 15 ] с использованием дискретного регулирования оборотов на базе автотрансформаторов с фиксированным числом отпаек. Большое число контактных коммутационных аппаратов делает схемы этих установок ненадёжными.
Однако и последующий перевод вентиляционных установок птичников и ферм на бесконтактную тиристорную систему управления серии МК-ВАУЗ не дал ощутимого результата при довольно сложной схеме управления силовыми тиристорами [15] из-за низкого уровня обслуживающего персонала и отсутствия мобильных диагностических средств. Лишь на немногих участках технологических линий сельхозпроизводства по данным литературы [ 2 ] можно найти действующие установки серии МК.
Не лучше обстоит дело в водонасосных и вентиляционных установках жилищно-коммунальной сферы [ 16-18 ], хотя практически постоянно в научной и технической литературе описываются новые рекомендуемые решения. Здесь надо отметить прежде всего работы [ 14,16,18,19-25 ].
Много внимания в литературе уделено использованию регулируемых приводов в насосных оросительных установках [ 26-32 ].Например, в работе [ 27 ] автор отмечает, что управление напорной системой только по расходу воды помогает определить наличие разрывов в сети и повышенные утечки воды, а управление системой по давлению и расходу позволят менять режим работы агрегатов таким образом, чтобы подавать на вход напорной системы такие значения подачи Q и напора Н, которые соответствуют выходным параметрам системы.
Анализ среднечастотных процессов в звене постоянного напряжения с емкостным фильтром
В самом укрупнённом виде структуру частотно-регулируемого асинхронного ЭП, питаемого от промышленной сети, можно представить в виде рис. 1.4. Схема содержит вентильный преобразователь ВП, блок сопряжения БС и систему управления СУ, на входы которой поступают сигнал управления Uy и сигнал обратной связи Uoc- В современном варианте блок СУ реализуется в виде системы МПСУ, а блок сопряжения — в виде блока драйверов БД. В схеме на рис. 1.4 не выделен в явном виде преобразователь частоты. Обычно в состав ПЧ включают силовую часть (вентильный преобразователь), блок сопряжения и часть системы управления.
Существующее многообразие вариантов систем ПЧ-АД можно классифицировать по различным признакам, в том числе по типу ПЧ. В современном частотном ЭП используются два основных вида преобразователей частоты: непосредственные преобразователи частоты (НПЧ) и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения (ПЧ ЗПН). Рассмотрим кратко сравнительные характеристики данных преобразователей.
Среди множества вариантов НПЧ выделяют две основные группы: преобразователи с естественной коммутацией (НПЧ Е) и преобразователи с искусственной коммутацией (НПЧ И) [ 90 ]. Использование НПЧ И в силу ряда их недостатков весьма ограничено, напротив НПЧ Е нашли весьма широкое применение.
НПЧ с естественной коммутацией представляют по сути дела совокупность реверсивных тиристорных выпрямителей по числу фаз нагрузки. Тири-сторные НПЧ Е имеют ряд существенных достоинств, обусловивших сравнительно широкое применение данных преобразователей. К числу важнейших достоинств НПЧ Е относится возможность двустороннего обмена энергией между нагрузкой и питающей сетью, что обеспечивает не только двигательный, но и генераторный режимы работы привода. Коммутация тиристоров в НПЧ Е осуществляется питающей сетью, что смягчает проблему перенапряжений в преобразователе частоты.
Одним из немаловажных преимуществ НПЧ Е до последнего времени являлась возможность использования тиристоров, имеющих высокие пределы допустимых напряжений и токов, что позволяло создавать мощные преобразователи частоты.
Наряду с указанными достоинствами НПЧ Е имеют весьма существенные недостатки, среди которых следует в первую очередь выделить низкую частоту коммутации тиристоров. Отмеченный недостаток серьёзно ограничивает быстродействие и верхний предел выходных частот преобразователя и соответственно ограничивает максимальную скорость привода.
К недостаткам НПЧ относят также негативное влияние на питающую сеть (искажение напряжения сети, низкий cos(p), большое количество вентилей. К примеру весьма распространённый вариант НПЧ, выполненный на основе трёхфазной мостовой схемы, имеет 36 тиристоров.
Совокупность отмеченных достоинств и недостатков определила преимущественные области применения тиристорных НПЧ с диапазонами больших и реже средних мощностей [91]. К классическим примерам использования мощных НПЧ следует отнести привод шаровых цементных мельниц. Разработки мощных тиристорных электроприводов на основе НПЧ проводились в МЭИ, ВНИИ Электропривод, ВНИИ Преобразователь, Уральском политехническом институте и других организациях.
Примером использования НПЧ в диапозоне средних мощностей является привод серии ЭТА1 разработки ВНИИР (Чебоксары).С целью уменьшения количества тиристоров в приводе использован двухфазный АД, рассчитанный на номинальную частоту питания 33 Гц.
Появление мощных полностью управляемых ключей вытесняет НПЧ из диапазона средних мощностей.
В сельхозпроизводстве практически отсутствует необходимость в регулируемых приводах большой мощности. Для диапазонов малых и средних
мощностей наиболее перспективны в настоящее время преобразователи с промежуточным звеном постоянного напряжения. Обобщённую схему преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения можно представить в виде рис. 1.5 [92].
Схема содержит выпрямители В1 и В2 со средней точкой (общим выводом ОВ), фильтры Ф1 и Ф2, вентильный коммутатор ВК и инвертор ИВС, ведомый сетью. Преобразователь питает двигатель переменного тока М. В состав блоков В1 и ИВС могут входить согласующие трансформаторы. Преобразователь подключен в общем случае к трёхфазной четырёхпроводной сети, выводы которой обозначены как А, В, С, О.
Вентильный коммутатор преобразует постоянное напряжение, поступающее с выхода В1, в переменное напряжение питания двигателя М. Инвертор, ведомый сетью, отдаёт в сеть энергию, поступающую от двигателя через выпрямитель В2. Частным вариантом рассматриваемой обобщённой схемы является система В - АИН с трёхфазным двигателем (рис.1.6).
В данном варианте отсутствуют блок ИВС и фильтр Ф2, а выходы диодного выпрямителя В2 объединены со входами ВК. Блоки ВК и В2 образуют при этом автономный инвертор напряжения. Входы и выходы элементов системы обозначены буквами D, Е, F, G, Ау, В , С .
Преобразователи, включающие блок ИВС, ввиду относительной сложности находят ограниченное применение. Наибольшее распространение получила более простая схема В-АИН.
Схема управления электроприводом насоса с использованием функциональных возможностей ПЧ нового поколения
В обычных режимах выпрямители В1.8 и В 1.11 должны работать как неуправляемые с углами отпирания, равными нулю. На тиристоры при этом могут быть возложены дополнительные функции отключения выпрямителя, например, в аварийных режимах, а также функции ограничения зарядных токов конденсаторов на этапе подключения силовой части привода к сети.
Рассмотрим теперь преобразователи с индуктивно-емкостным фильтром. При анализе будем использовать сведения, приведенные в подразделе 2.3. Классический вариант ПЧ с LC-фильтром выглядит в виде схемы В1.1-Ф1.2(Ф1.3)-БТ1-АИН1-М1.1. В соответствии с табл. 2.1 в режиме непрерывных токов выпрямителя с учетом принятых в подразделе 2.3 допущений среднее напряжение на выходе фильтра при полнофазном питании Ud=514 В, что лишь на 4,3% ниже желательных 537 В. Таким образом, трехфазный мостовой выпрямитель с LC-фильтром при полнофазном питании практически обеспечивает желательный уровень входного напряжения АИН. При обрыве фазного провода в соответствии с (2.29) напряжение на выходе фильтрату =342 В, что составляет лишь 63,7% от желательных 537В. Такое снижение напряжение приведет к существенному снижению верхних значений скорости привода. Рассмотрим теперь схемы, имеющие трехфазный нулевой выпрямитель со средней точкой и индуктивно-емкостные фильтры Ф1.6 - Ф1.8.В соответствии с табл. 2.1 в режиме непрерывных токов выпрямителя среднее значение напряжения на каждом конденсаторе фильтра равно 257 В, что составляет 82,6% от желательных 311В. Таким образом, в схемах с индуктивно-емкостным фильтром и трехфазным нулевым выпрямителем со средней точкой даже при полнофазном питании имеется значительное снижение напряжения по сравнению с требуемой величиной. В случае обрыва фазного провода напряжение на каждом конденсаторе фильтра в соответствии с (2.33) снижается до 171 В, что составляет 55% от необходимых 311В. Отсюда следует, что в схеме с LC-фильтром и техфазным мостовым выпрямителем при неполнофазном питании обеспечиваются более высокие скорости привода, чем в схемах с трехфазным нулевым выпрямителем. Кроме того, как следует из формул (2.26) - (2.36), для обеспечения заданных пульсаций выпрямленного напряжения в схемах с трехфазным нулевым выпрямителем необходимы более высокие значения индуктивностей и емкостей фильтра. Выполненное сравнение не позволяет включить схемы с индуктивно-емкостным фильтром и трехфазным нулевым выпрямителем в состав рекомендуемых вариантов. Остается сравнить варианты преобразователей с трехфазной мостовой схемой выпрямления, отличающиеся типом фильтра. К достоинствам схемы с ёмкостным фильтром с точки зрения сохранения работоспособности при неполнофазном питании следует отнести отсутствие, в случае обрыва фазы сети, существенного снижения входного напряжения АИН. В схеме с LC-фильтром такое снижение весьма значительно. Недостатком схемы с емкостным фильтром является негативное влияние на питающую сеть из-за значительных амплитуд фазных токов. Использование LC-фильтров позволяет, как известно, уменьшить амплитудные значения токов сети, но при этом габариты сглаживающих дросселей весьма велики. Применение варианта преобразователя с емкостным или индуктивно-емкостным фильтром должно определяться конкретным механизмом, условиями технологического процесса, мощностью привода. В диапазоне малых мощностей широко используются преобразователи частоты с емкостным фильтром. С ростом мощности привода для уменьшения негативного влияния на сеть целесообразно включать в состав фильтра сглаживающий дроссель. Неотъемлемой частью электропривода является блок питания системы управления. Очевидно, что для сохранения работоспособности привода при неполнофазном питании должна обеспечиваться и работоспособность блока питания. Блоки питания современных систем управления выполняются в виде преобразователей с промежуточным звеном постоянного напряжения. Напряжения сети выпрямляются, а затем преобразуются с помощью транзисторных коммутаторов в напряжения требуемой величины. С учетом выполненного выше анализа для построения блоков питания можно рекомендовать трехфазный мостовой выпрямитель, сохраняющий работоспособность при неполнофазном питании.
Дистанционная диагностика обрыва стержней коротко-замкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя
Предложена методика анализа характеристик ЭП насосных установок. Для конкретного центробежного насоса с использованием программы Арргох получены аналитические зависимости напора от производительности H=f(Q) и мощности насоса от производительности P=f(Q). Путём математических преобразований найдены математические зависимости H=f(Q) и при различных оборотах насоса п. С использованием программы Mathcad построено нужное множество кривых H=f(Q) и P=f(Q) при разных значениях п и представлена зависимость между величинами Н, Q и и в трёхмерной системе координат. Аналогично в трёхмерной системе координат получена зависимость между величинами P,Q и п. Эти зависимости делают более удобным и наглядным выбор необходимого оборудования насосных установок.
Предложена схема включения электропривода насоса с использованием преобразователя частоты с применением дифференциального выключателя, которая при модернизации существующих приводов не требует особых вложений при изменении конструкции и позволяет безболезненно наращивать функциональные возможности регулируемых электроприводов. Использование этой и подобных схем управления системы ПЧ-АД позволит снизить число включений и отключений насосных агрегатов, снизить износ трубопроводной арматуры за счёт уменьшения гидравлических ударов, уменьшит не нужное высокое давление в водопроводной сети за счёт его стабилизации, а значит снизит не только перерасход воды за счёт снижения утечек воды, но соответственно снизит и расход электроэнергии.
Разработанная схема управления насосом с использованием современных программных электронных реле концерна ABB сделала возможным дальнейшее обновление информационного поля на рабочем месте оператора, в том числе и за счет современных жидкокристаллических индикаторов и снижения массогабаритных характеристик элементов, что способствует конкурентоспособности изделий. При этом перепрограммирование реле может осуществляться без демонтажа аппаратов.
Результатом исследований явилась разработка многофункциональной и вполне конкурентоспособной на фоне финансовых колебаний схемы управления насосом с использованием универсального логического модуля LOGO (SIEMENS). В схеме с потенциальной возможностью заложено большое количество еще незадействованных функций и комплексно воплощены как проверенные временем, так и перспективные решения, что повышает и вероятность модернизации существующих приводов, и вероятность получения новых подходов при разработках электроприводов. Малогабаритные образцы аппаратов нового поколения в этой схеме облегчают проведение модернизации существующего парка электроприводов, а значит, обеспечивают более эффективное и более полное удовлетворение потребностей на рынке водоснабжения.
Для повышения надёжности защиты ПЧ при токовых перегрузках разработана схема страхующей защиты с использованием модуля LOGO «Long» нового поколения, что может оказаться особенно эффективным в случае, когда один и тот же модуль задействован одновременно для решения других или выше названных в пункте 8 задач. Для селективной защиты по току утечки электроприводов насосных установок любой номенклатуры предложена удобная схема на базе дифференциальных реле RD1, имеющих широкодиапазонную регулировку как времени срабатывания, так и тока утечки. Для исключения нерационального расхода электроэнергии и защиты насосов при «сухом ходе» разработана современная защита, не требующая дополнительного источника питания и легко сопрягаемая с существующей элементной базой схем управления, что важно для более ускоренной модернизации и повышения экспортного потенциала существующего парка электроприводов насосов. Использована новая элементная база для увеличения объема оперативной информации и сигнализации об исчезновении, в том числе кратковременном, и последующем восстановлении фазного напряжения, что особенно важно при использовании компьютерной сети для дистанционного управления электроприводами. 7. При исследовании схем управления перекачивающими насосными станциями разработана схема управления двухнасосной станцией с исполь зованием регулируемого привода системы ПЧ-АД, обладающая рядом новых функциональных возможностей и автоматически переключающаяся на ре зервный ввод. Для этого разработана специальная схема АВР с использова нием реле контроля фаз. Многорежимность функционирования, использова ние системы ПЧ-АД обеспечивают схеме значительные возможности на ре альном фоне развития приводов, а при замене силовых контактных комму тационных аппаратов на бесконтактные делают отдельные её варианты до минирующими в современных и перспективных технических решениях. 8. Разработанные схемы управления насосными установками ориентиро ваны на интеграцию с элементной базой и научным потенциалом других стран.
