Асинхронный электродвигатель

   Система защит преобразовательной части.

   Преобразовательная часть тиристорных ЭП снабжается быстродействующей системой защиты, назначение которой - обнаружить аварию и локализовать ее, уменьшить ее вредные последствия. Большая часть аварий влечет за собой появление значительных токов в тех или иных элементах силовой цепи, и поэтому основное назначение защиты - ограничивать рост тока в силовой цепи. Некоторые виды аварий могут вызвать выход из строя элементов схемы без увеличения тока; например, отключение принудительной вентиляции вызовет перегрев тиристоров даже при номинальном токе; некоторые элементы выходят из строя при появлении перенапряжений, в частности, приходящих из питающей сети.

   ЭП имеют следующие виды защит:

• от выхода из строя тиристоров при внешних и внутренних коротких замыканиях, открывании тиристора в неработающей группе, опрокидывании инвертора;
• от перенапряжений на тиристорах;
• от аварийной перегрузки тиристоров;
• от развития аварийных процессов при исчезновении напряжения собственных нужд и силового напряжения;
• от недопустимой продолжительности работы при исчезновении принудительной вентиляции (где она применяется);
• от снижения тока возбуждения двигателя ниже допустимого;
• от превышения допустимого тока возбуждения;
• от перенапряжения на якоре двигателя;
• от превышения скорости двигателя;
• от неправильного порядка сборки схемы;
• от перегрузки двигателя, превышающей заданную в течение определенного времени (до 20 с) или защиту по среднеквадратичному току;
• от аварийных режимов маслонаполненного трансформатора;
• от включения ТП на вращающийся двигатель или при напряжении на выходе ТП, не равном нулю;
• от нарушения изоляции элементов силовой цепи.

   При всех видах защит обеспечивается определенная селективность защит, не допускающая перегорания предохранителя или тиристора, если данная авария может быть отключена автоматическим выключателем или сеточной защитой ТП, переводящей импульсы управления в инвертор. Для облегчения эксплуатации и поиска неисправностей ЭП снабжены аварийной и предупреждающей сигнализацией. Аварийные и предупреждающие сигналы запоминаются с выдачей их на световую индикацию и во внешней цепи.

   В ЭП серии КТЭУ защита основана на измерении тока нагрузки датчиком тока, подключенным к шунту, и переменного тока на входе выпрямителя с помощью трансформаторов тока. Предусмотрена система контроля состояния предохранителей и вентиляции.

               Системы управления ЭП.

   Системы управления обеспечивают требуемые характеристики ЭП. Они состоят из аналоговых или цифровых регуляторов, изменяющих с необходимой точностью по заданному закону основную координату ЭП и ограничивающих допустимые значения промежуточных координат, логических систем, служащих для управления режимами ЭП, сигнализации и защиты.

   В зависимости от использованной элементной базы системы управления выполняются аналоговыми, цифровыми и цифро-аналоговыми. Наибольшее распространение в настоящее время получили аналоговые системы. Преимущественное распространение получили системы, построенные на принципах подчиненного регулирования параметров с последовательной коррекцией.

   Системы управления данного ЭП строятся из аналоговых элементов, которые объединяются в функциональные узлы, решающие определенные задачи, многие из которых повторяются в различных по своему назначению системах управления.

   Системы управления КТЭУ строятся на типовых элементах унифицированной блочной системы регуляторов УБСР-АИ аналогового действия, объединенных по принципу единства конструкции, вида входных и выходных сигналов, напряжений питания. Элементы УБСР-АИ выполняются в виде двусторонних печатных плат с широким применением полупроводниковых и гибридных интегральных микросхем (ГИС) и являются наименьшими сменными модулями системы управления.

   Особенностью элементной базы ячеек серии ЯФУ, применяемой в КТЭУ, является применение операционных усилителей (ОУ) типа К553УД2, логических элементов серии К511, бесконтактных ключей типа К284КН1, оптронов типа К293ЛП1А. Ячейки серии N построены на ГИС типов Р1 и Р5, логических элементах серии К561, сборках полевых транзисторов типа К190КТ2П в качестве бесконтактных коммутаторов, оптронах типа АО101.

   Питание ячеек осуществляется стабилизированным напряжением ±15 В. Уровни выходных напряжений - до 10 В, сопротивление нагрузки - не менее 2 кОм.

   ОУ типа К552УД2 имеет следующие параметры:

   Коэффициент усиления по напряжению, не менее.........................2Ч10⁴

   Выходное напряжение при R_н 2 кОм, В...........................................±10

   Входной ток, мкА..........................................................................до 1,5

   Напряжение смещения нуля, приведенное ко входу, мВ,

   не более...............................................................................................7,5

   Ток потребления, мА.............................................................................6

   Полоса пропускания в режиме с единичной отрицательной

   обратной связью, МГц..................................................................до 0,8

   Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс.......................0,5 

   Логические элементы серии К511 имеют следующие

   параметры:

   Входное напряжение логического 0, В, не более............................6

   Входное напряжение логической 1, В, не менее.............................8

   Выходное напряжение логического 0, В, не более.........................1,5

   Выходное напряжение логической 1, В, не менее..........................13,5

Выходной ток, мА, не более............................................................12

Ток потребления, мА....................................................................15 - 35

Время задержки, мкс, не более........................................................0,4

Напряжение питания, В....................................................................15 

   Микросхема типа К284КН1Б содержит 3 независимых ключа со схемами управления.

   Основные параметры ключа:

   Сопротивление в проводящем состоянии, Ом...............................250

   Ток утечки в непроводящем состоянии, мкА.................................0,01

   Напряжение управления проводящего ключа, В.........................2,3-2,5

   Напряжение управления непроводящего ключа, В.........................0-0,4

   Ток управления, мА..........................................................................3

   Время переключения, мкс................................................................3

   Ток потребления от источника -15 В, мА......................................до 12 

   Микросхема К293ЛП1А - оптронный переключатель-инвертор: входному току I_вх около 10 мА соответствует логический 0 на выходе микросхемы при напряжении не более 0,4 В. При I_вх=0 на выходе появляется логическая 1 с напряжением 2,4 В.

   Основные параметры:

   Падение напряжения на входном излучающем диоде, В...............1,5

   Потенциал разделяемых цепей, В................................................до 100

   Время включения, мкс.....................................................................0,5

   Выходной ток, мА..........................................................................до 20

   Напряжение питания, В....................................................................5 

    Срок службы электропривода составляет 15 - 20 лет, наработка на отказ в течение времени двухлетней гарантийной работы - 4000-6500 ч. Электропривод сохраняет свои номинальные параметры при изменении напряжения питающей сети 380 В на +10 или -15 %. КПД электроприводов без учета потерь в двигателе составляет в зависимости от мощности 0.9-0.97.

Коэффициент мощности составляет 0.82-0.85. 

5. Определение параметров силового электрооборудования.

Выбору и проверке подлежат трансформатор, сглаживающий реактор и коммутирующая аппаратура.

        Трансформаторное оборудование, используемое для КТЭУ, соответствует общим техническим требованиям ГОСТ 16772-77. Трансформаторное оборудование выбирается в соответствии с параметрами ТП.

    Принимаем трансформатор ТСЗП-160/0,7-УХЛ4 с номинальными данными:

    мощность - S=143, кВА;

    напряжение сетевой обмотки -  U₁= 380, В;

    Вентильная обмотка:

         напряжение - U₂=202, В;

         ток - I₂=408, А;

    Преобразовательная обмотка:

          напряжение - U_в=230, В;

           ток - I_в=500, А;

    Потери

          холостого хода - P_хх=795, Вт;

          короткого замыкания - P_кз=2400, Вт;

    Напряжение короткого замыкания - U_к=4,5 %;

    Ток холостого хода - I_хх=5,2 %;

    Обозначение типа трансформатора содержит следующие данные:

        Т - число фаз (трехфазный);

        СЗ - охлаждение естественное воздушное при защищенном исполнении;

        160 - типовая мощность в кВА;

        0,7 - класс напряжения сетевой обмотки в кВ;

        УХЛ4 - климатическое исполнение и категория размещения по

ГОСТ 15150-69.

    Реакторное оборудование, используемое в КТЭУ, соответствует общим техническим требованиям ГОСТ 16772-77.

     Принимаем реактор ФРОС-500/0,5У3, с номинальными параметрами:

    - постоянный ток - I_н=500, А;

         - индуктивность - L_н=3,25, мГн;

    - активное сопротивление - R_а=7,5, мОм.

Определим параметры силового электрооборудования.

Активное сопротивление якорной цепи:

R_яц=R_дв+2R_тр+R_р+R_ц, где

R_дв - активное сопротивление двигателя;

R_тр - активное сопротивление трансформатора;