Асинхронный электропривод вентилятора

 

Номинальный ток первичной  обмотки трансформатора [4, стр. 176]:

, А.                           (2.13)

Номинальный ток вторичной обмотки трансформатора:

, А.                           (2.14)

Коэффициент трансформации :

.                                  (2.15)

Активное сопротивление  вторичной обмотки трансформатора на фазу:

, Ом.                       (2.16)

Индуктивное сопротивление  обмоток трансформатора на фазу:

, Ом.             (2.17)

Индуктивность вторичной  обмотки на фазу:

, мГн;                          (2.18)

где , рад/с.                                              (2.19)

Фазное напряжение статора  асинхронного двигателя:

, В.                         (2.20)

Коэффициент трансформации  двигателя:

.                           (2.21)

Активное сопротивление  фазы статорной обмотки асинхронного двигателя, приведенное к роторной обмотке:

, Ом,                  (2.22)

где - номинальное скольжение двигателя находится по формуле:

;                       (2.23)

- номинальный ток статора.

Активное сопротивление  фазы роторной обмотки :

, Ом,           (2.24)

где - номинальный момент двигателя, находится по формуле:

, Нм;                    (2.25)

- номинальный ток ротора.

Приведенное к ротору индуктивное  сопротивление фазы двигателя:

, Ом,          (2.26)

где - синхронная угловая скорость двигателя, находится по формуле:

, с^-1.                         (2.27)

2. Выбор вентилей выпрямителя роторной группы

Вентили роторного неуправляемого выпрямителя выбираются по значению выпрямленного тока, соответствующего максимальному значению момента на валу двигателя. Методика выбора вентилей выпрямителя роторной группы взята [5, стр. 157].

Схема соединения вентилей роторной группы принимается мостовой. Вентили выбираются по среднему току через вентиль и по максимальному обратному напряжению.

Средний ток через вентиль определяется по выражению:

, А,          (2.28)

где k_ч=0,92- коэффициент, учитывающий снижение допустимого тока через вентиль при работе с низкой частотой (для каскада принимают снижение 2%, чему соответствует частота тока 1Гц);

k_в=0,9 - коэффициент, учитывающий снижение допустимого тока при скорости движения охлаждающего воздуха меньше 15 м/с (в принятых конструкциях преобразовательных устройств скорость при принудительном охлаждении лежит в пределах 10 м/с);

k_к=0,9 - конструктивный коэффициент, учитывающий различные температурные условия работы вентилей;

k_п=0,9 - коэффициент, учитывающий снижение допустимого тока через вентиль при их параллельном соединении.

Максимальное обратное напряжение на вентиле:

, В,          (2.29)

где =1 - максимальное скольжение привода в схеме каскада;

- напряжение на кольцах  ротора двигателя;

=1 - число включенных последовательно вентилей;

=0,8 - коэффициент, учитывающий перенапряжения, вызванные коммутациями различного характера;

=0,9 - коэффициент. Учитывающий неравномерность распределения обратного напряжения между последовательно включенными вентилями.

По найденным току и  напряжению и по справочным данным [4, стр. 90] выбираем диод низкочастотный В500 18 класса, паспортные данные которого приведены в таблице 7, внешний вид показан на рисунке 5.

Таблица 7 – Технические характеристики диода В500

Предельный ток, А	500
Ударный ток, А при  длительности 10мс	9900
Прямое падение напряжения, не более, В	0,9
Габаритные размеры, мм

Рисунок 4 - Внешний вид диода В500

3. Выбор тиристоров управляемого инвертора

Выбор силовых  тиристоров осуществляется по току и напряжению. Нагрузочная способность тиристоров определяется максимально допустимой температурой полупроводниковой структуры, которая не должна быть превышена в любых режимах работы: длительная работа с номинальным током двигателя; рабочая перегрузка в течение заданного времени; аварийные режимы в течении времени срабатывания защиты. Нагрев тиристора зависит от величины и формы тока, а также от условий охлаждения. Всё это должно быть учтено при правильном выборе вентилей по току. Для повышения надёжности работы преобразователя рекомендуется устанавливать вентили на типовых охладителях и применять естественное воздушное охлаждение, так как при этом будет определённый запас по мощности тиристоров.

Вентили инверторной группы выбираются по среднему току через вентиль и по максимальному  обратному напряжению, аналогично, что и для вентилей роторной группы неуправляемого выпрямителя. Методика выбора вентилей выпрямителя роторной группы представлена в [5, стр. 159].

Ток через вентиль определяется по выражению:

, А.            (2.30)

Максимальное обратное напряжение на вентиле:

, В.             (2.31)

По найденным току и  напряжению и по справочным данным [4,стр. 91] выбираем низкочастотные тиристоры Т 243-800 18 класса, паспортные данные которого приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Технические характеристики тиристора Т 243-800

Предельный ток, А	800
Температура перехода,	125
Прямое падение напряжения, не более, В	2,1
Отпирающий ток управления, не более, А	0,3
Отпирающее напряжение, не более, В	3,5
Ударный ток, не менее, кА	16,0

Рисунок 5 – Конструкция и габаритные размеры тиристора Т 243-800

4. Выбор сглаживающего дросселя

 Методика  выбора вентилей выпрямителя  роторной группы представлена  в [4, стр. 179]. Необходимую индуктивность роторной цепи определяют из условия ограничения пульсаций тока величиной:

, А.                (2.32)

Необходимая индуктивность  роторной цепи при трехфазной мостовой схеме выпрямления:

, Гн.            (2.33)

Индуктивное сопротивление  фазы двигателя, приведенное к роторной обмотке определяется по формуле:

, Ом,            (2.34)

где - перегрузочная способность двигателя.

Индуктивность двигателя:

, мГн.                              (2.35)

Индуктивность сглаживающего  дросселя для трехфазной мостовой схемы:

, мГн.  (2.36)

По значению расчетной индуктивности выбираем сглаживающий реактор ФРОС-500/0,5, паспортные параметры которого приведены в таблице 9.

Таблица 9 – Паспортные данные сглаживающего реактора ФРОС-500/0,5

Номинальная сила тока, А	500
Индуктивность , мГн	3,25
Потери  в обмотке реактора, Вт	900
Масса, кг	340

Величина активного сопротивления  дросселя:

, Ом.                         (2.37)

4. Выбор аппаратуры управления и защиты

1. Выбор высоковольтного выключателя

В качестве коммутационного  оборудования в сети с напряжением 6 кВ сегодня широко используются вакуумные выключатели.

Вакуумные выключатели имеют  вакуумные дугогасительные камеры, по одной на каждую фазу. В этих камерах происходят процессы замыкания и размыкания цепи. В камерах обеспечивается глубокий вакуум, характеризуемый давлением остаточных газов Па.

Принцип действия вакуумных  дугогасительных камер основан на гашении электрической дуги в вакууме. В этих дугогасительных камерах реализуются два свойства вакуумных промежутков: высокая электрическая прочность (выше, чем у трансформаторного масла) и высокая дугогасительная способность.

Выбор высоковольтных выключателей осуществляется [6, стр. 295]:

• По напряжению установки ;                                     (2.38)
• По длительному току .                                               (2.39)

Был выбран высоковольтный выключатель серии ВР6К, удовлетворяющий условиям:

; .

Вакуумные выключатели серии  ВР6К предназначены для работы в ячейках комплектных распределительных  устройств (КРУ) внутренней установки  с номинальным напряжением 6 кВ и  используются в устройствах собственных  нужд тепловых и атомных электростанций. 

Рисунок 6 – Высоковольтный выключатель серии ВР6К

Таблица 10 – Технические данные высоковольтного выключателя ВР6К

Номинальное напряжение, кВ	6
Наибольшее  рабочее напряжение, кВ
Номинальный ток, А	1600
Номинальный ток отключения, кА	40
Ток электродинамической стойкости, кА	102
Полное  время отключения, с , не более	0,065
Масса, кг	350

Рисунок 7 – Высоковольтный выключатель серии ВР6К

Kl, К2, КЗ, - дугогасительные камеры.

 L1, L2, L3 - электромагнитные катушки.

БУ - блок управления

QF - вакуумный выключатель

Д - двигатель

Для защиты электродвигателей  от значительных перегрузок, заклинивания ротора, а также от коротких замыканий  к схеме используется реле максимального тока. Во все фазы питания. электродвигателей включаются катушки реле максимального тока через трансформаторы тока, а их размыкающие контакты КА, КА2 и КАЗ соединяются последовательно с блоком управления вакуумного выключателя. При нормальной работе двигателя реле не выключаются, а при большой перегрузке или при коротких замыканиях одно или все три реле максимального тока включаются и электромагнитные катушки КТ1, КТ2, КТЗ втягивают ротор этим самым размыкают контакты КА1, КА2, КАЗ которые разрывают цепь управления вакуумным выключателем и одновременно с этим замыкают контакты КС1, КС2, КСЗ каждый из которых питает соответствующую ему лампочку на пульте управления, каждая из которых информирует о токах короткого замыкании в линии.

5. Расчет и выбор типа и сечения кабеля сети высокого напряжения

Выбор конструкции сети и  типа проводников осуществляется с  ориентацией на окружающую среду  помещений цехов. Потребители 6 – 10 кВ, как правило, получают питание по кабельным линиям которые прокладывают в кабельных туннелях в распределительном устройстве , в затем в (земле) траншеях.

Выбор типа и сечения кабеля цепи питания двигателя выбирается следующим образом [7]:

• по напряжению установки:

;                                 (2.40)

• по экономической плотности тока:

, мм²,                        (2.41)

где - экономическая плотность тока [7, стр. 35];

• по допустимому току:

, А.                                 (2.42)

Выбираем кабель марки NS 52470RM/16, с I_доп = 268А.

6. Расчет сечения и типа кабеля для вспомогательного оборудования

В распределительных сетях  до 1000 В выбор сечений питающий линий производится по длительно допустимой нагрузке[7]:

, А.                                    (2.43)

,А,                              (2.44)

где k_з = 1.1 – коэффициент защиты, для сетей требующей защиты от перегрузки, находящийся в нормальном помещении и имеющих изоляцию из резины или аналогичную по тепловым характеристикам.

k_прок = 1 – поправочный коэффициент зависящий от количества параллельно прокладываемых кабелей.

Выбираем кабель марки  ВБбШв 3х185, с I_доп = 500 А.

7.  Расчет энергетических показателей электропривода

Одной из основных идей систем асинхронных вентильных каскадов является полезное использование энергии  скольжения асинхронного двигателя. Наиболее простым и достаточно точным методом  определении КПД вентильного  каскада является метод разделения потерь. Сущность этого метода состоит  в определении потерь в элементах  и подсчете полных потерь в приводе [5, стр.167].

Тогда для двигательного  режима:

                                          (2.46)

где – сумма потерь в приводе, состоящая из постоянных и переменных потерь. Произведем расчет энергетических показателей АВК для двух рабочих режимов.