Асинхронный электродвигатель

1. Введение.

     Электропривод представляет собой электромеханическую систему, состоящую из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

     Современное машинное устройство или, как его называют иначе, производственный агрегат состоит из большого числа разнообразных деталей, отдельных машин и аппаратов, выполняющих различные функции. Все они в совокупности совершают работу, направленную на обеспечение определенного производственного процесса. Необходимо хорошо знать назначение отдельных элементов, составляющих машинное устройство, так как без этого невозможно проектировать и создавать машину, а также невозможно правильно обслуживать ее в эксплуатации.

     Различают регулируемый ЭП , параметры движения которого могут изменяться по внешним командам, и нерегулируемый. Наиболее совершенным видом регулируемого ЭП является электропривод постоянного тока, в котором регулирование осуществляется изменением среднего значения напряжения, приложенного к якорю электродвигателя постоянного тока. В последнее время в качестве источника регулируемого напряжения постоянного тока используют, как правило, тиристорные преобразователи (ТП). Такие электроприводы называются тиристорными.

     Электропривод, разработанный в данном проекте, может быть использован в различных производственных механизмах, где требуется автоматическое регулирование скорости, большая жесткость механической характеристики и широкий диапазон регулирования. 

           3. Выбор структуры системы управления электропривода.

    Выбор структуры системы управления электропривода производится с учетом требований технического задания на электропривод. Основными требованиями к электроприводу являются: поддержание заданной скорости вращения электропривода (с учетом требуемых  диапазона регулирования скорости, допустимой статической погрешности поддержания скорости), величина токоограничения при упоре, ускорение электропривода при пуске.

    Для управления электроприводом принимаем двухконтурную схему с внешним контуром регулирования скорости и внутренним подчиненным контуром регулирования тока якоря двигателя.

    В качестве внутреннего контура принимаем контур регулирования тока якоря. Он применяется, если требуется обеспечить:

-ограничение тока якоря допустимым значением при перегрузках электропривода;

- пуск или торможение электропривода с максимально возможным темпом;

- дополнительную коррекцию во внешнем контуре регулирования скорости.

В качестве внешнего контура принимаем контур регулирования скорости. 

   4. Выбор комплектного тиристорного электропривода.

   Основными техническими данными комплектных тиристорных электроприводов являются номинальные ток I_нтп и напряжение U_нтп. Номинальный ток комплектного электропривода должен быть больше номинального тока двигателя:

                  I_нтп і I_ндв.

  Номинальное напряжение двигателя должно быть меньше номинального напряжения комплектного привода на 5 - 10 %, что обеспечивает запас на регулирование скорости и на безопасное инвертирование при снижении напряжения питающей сети.

  Выбор комплектного тиристорного электропривода производим по току, напряжению и регулируемой координате (в данном случае - скорости).

    Принимаем комплектный тиристорный электропривод унифицированной серии КТЭУ мощностью до 2000 кВт:

    КТЭУ-500/220-13212-УХЛ4.

    Цифры типообразования имеют следующие значения:

500 - номинальный ток электропривода;

220 - номинальное напряжение электропривода;

1 - электропривод однодвигательный;

3 - режим работы: реверсивный с изменением полярности напряжения на якоре;

2(первая) - исполнение ТП по способу связи с сетью: с трансформатором;

1 - основной регулируемый параметр: скорость, однозонное регулирование;

2(вторая) - состав коммутационной аппаратуры силовой цепи: с линейным контактором и динамическим торможением;

УХЛ4 - исполнение для районов с умеренным и холодным климатом.

     В состав КТЭУ входят:

• электродвигатель постоянного тока с тахогенератором;
• ТП для питания якоря электродвигателя, состоящий из силовых тиристоров с системой охлаждения, защитных предохранителей, разрядных и защитных RLC-цепей, СИФУ, устройств выделения аварийного режима, контроля предохранителей и защиты от перенапряжений;
• ТП для питания обмотки возбуждения;
• силовой трансформатор;
• коммутационная и защитная аппаратура в цепях постоянного и переменного тока;
• сглаживающий реактор в цепи постоянного тока;
• устройство динамического торможения;
• система управления электроприводом;
• комплект аппаратов, приборов и устройств, обеспечивающих оперативное управление, контроль состояния и сигнализацию электропривода;
• узлы питания электромагнитного тормоза;
• контрольно-испытательные стенды.

            Состав преобразовательной части ЭП.

   Преобразовательная часть электропривода состоит из силовых тиристоров, системы их охлаждения, защитных RC-цепей, системы гальванического разделения и преобразования уровня управляющих импульсов, СИФУ, системы защит и сигнализации. К преобразовательной части относят также сетевой трансформатор, автоматические выключатели на стороне постоянного и переменного тока, сглаживающий реактор.

   Сетевые трансформаторы по своим номинальным параметрам - напряжению и току - согласуются с номинальными параметрами электропривода. Автоматические выключатели применяют для защиты ТП и электродвигателя в аварийных режимах. В основном используются автоматические выключатели серий А3700 и ВАТ-42.

   Назначение сглаживающих реакторов - уменьшать пульсации тока якоря электродвигателя, ухудшающие его коммутацию, зону прерывистых токов и скорость нарастания аварийного тока.

               Силовая часть ТП.

     Основной схемой преобразования в комплектных тиристорных электроприводах является трехфазная мостовая. Увеличение номинального тока ТП достигается параллельным включением тиристоров в плече. Защита тиристоров осуществляется предохранителями типа ПП57.

     Для выравнивания токов в параллельно включенных тиристорах применяют индуктивные делители тока. В вентильных однофазных блоках (БВО) индуктивность делителя равна 4 - 5 мкГн. Для снятия перенапряжений при коммутации тиристоров используют RC-цепи, включенные параллельно тиристорам. Для потенциального отделения цепей формирования управляющих импульсов тиристоров от высокопотенциальных цепей управляющих электродов устанавливают импульсные трансформаторы.

     В реверсивных электроприводах используется противопараллельное включение выпрямительных мостов. Для устранения уравнительных токов предусматривается раздельное управление выпрямительными мостами.

   Силовая часть ТП состоит из тиристоров Т9-250, по 3 тиристора в плече. Вентиляция тиристоров принудительная. Предохранители для тиристоров не предусмотрены.

               Система импульсно-фазового управления.

   Система импульсно-фазового управления (СИФУ) предназначена для преобразования выходного напряжения системы управления u_у в последовательность подаваемых на тиристоры отпирающих импульсов, момент формирования которых смещен относительно моментов естественного отпирания тиристоров на угол a, зависящий от значения u_у.

   В современных электроприводах СИФУ выполняют как синхронные многоканальные, т. е. в них выполняется отсчет угла a от моментов естественного отпирания для каждого плеча моста (или для каждой пары противофазных плеч). СИФУ состоит из узла формирования опорных напряжений, компараторов, сравнивающих напряжение управления u_у и опорные напряжения u_оп, узлов, преобразующих моменты переключения компараторов в импульсы управления тиристорами, узлов ограничения диапазона изменения угла a и выходных усилителей. В реверсивных электроприводах СИФУ дополняется узлом выбора выпрямительного моста АВ.

      СИФУ имеет следующие технические данные:

Максимальное входное напряжение, В, не более ...........................8-10

Входной ток, мА, не более...............................................................5

Напряжение синхронизации с питающей сетью трехфазное, В......380 или 100

Допустимые коммутационные провалы, %*град............................400

Температурный дрейф характеристики при изменении

     температуры от 1 до 40 С, %, не более.......................................4

Диапазон изменения угла управления, град....................................5 - 170

Асимметрия импульсов отдельных каналов, град, не более...........3

     СИФУ гальванически отделена от силовой части электропривода. В реверсивных электроприводах СИФУ дополняется узлом выбора выпрямительного моста АВ. Устройство раздельного управления АВ обеспечивает бестоковую паузу не более 5-7 мс с возможностью ее регулировки.

     СИФУ электроприводов серии КТЭУ выполняется с широким использованием операционных усилителей серии К5553УД2, логических интегральных микросхем серии К511.

   СИФУ электроприводов серии КТЭУ имеют следующие особенности:

• косинусоидальное опорное напряжение;
• 6-канальное устройство фазосмещения;
• использование одного устройства фазосмещения для обоих выпрямительных мостов в реверсивных ЭП;
• высокочастотное заполнение узких отпирающих импульсов;
• использование сигналов с трансформаторов переменного тока для работы логического переключающего устройства.