Асинхронный электропривод вентилятора

Постоянные потери асинхронного двигателя равны:

 

, кВт.            (2.47)

Постоянные потери в вентильном каскаде:

   , кВт  (2.48)

где - потери холостого тока трансформатора.

Переменные потери определяются:

       , кВт  (2.49) 

где - эквивалентное сопротивление роторной цепи каскада находится по формуле:

 

, Ом;                                 (2.50)

- выпрямленный ток, находятся по формуле:

 

, А.                  (2.51)

Полные потери в двигателе:

, кВт.           (2.52)

КПД каскада равны:

                         (2.53)

Реактивная мощность двигателя  равна:

, кВА,          (2.54)

где

                (2.55)

, - активная мощность двигателя, потребляемая со стороны статора находится по формуле:

, кВт.                     (2.56)

Активная мощность передаваемая через трансформатор:

, кВт.        (2.57)

Реактивная мощность, передаваемая через трансформатор:

, кВар.               (2.58)

Коэффициент мощности асинхронного вентильного каскада:

 

            (2.59)

8. Расчет потребления электроэнергии вентиляторным агрегатом

Методика расчета потребления  электроэнергии вентиляторным агрегатом взята [4, стр. 189]

Исходные данные для расчета  потребления электроэнергии:

• Средняя давление за год
• Время работы вентилятора главного проветривания .

Средняя угловая  скорость вентиляторного агрегата при средней депрессии определяется по формуле:

, рад/с.                  (2.60)

Средняя подача вентилятора для создания средней  депрессии определяется по формуле:

, м³/с.                     (2.61)

КПД вентилятора  со средней угловой  скоростью  определяется по формуле:

.                   (2.62)

Мощность, потребляемая вентиляторным агрегатом при регулировании режимов работы, определяется по формуле:

, кВт.       (2.63)

Мощность, потребляемая вентиляторным агрегатом при нерегулируемом варианте, определяется по формуле:

, кВт.            (2.64)

Годовая экономия электроэнергии:

, кВтчас/год.  (2.65)

Годовая выработка  воздуха вентиляторной установкой:

• При нерегулируемом варианте:

, тыс. м³/год.;      (2.66)

• При регулированием варианте:

, тыс.м³/с.       (2.67)

Удельное потребление  электроэнергии на выработку воздуха  вентиляторной установкой:

• При нерегулируемом варианте:

, кВтчас/1000 м³;              (2.68)

• При регулированием варианте:

, кВтчас/1000 м³.             (2.69) 

3. Расчет статических и динамических характеристик для разомкнутой системы регулируемого электропривода

1. Расчет естественных характеристик ω=f(I), ω=f(M) системы регулируемого электропривода

Для расчета механических и электромеханических характеристик  произведем расчет параметров схемы  замещения. Методика расчета взята из [8, стр.23]

Ток холостого хода асинхронного двигателя:

 

, А,            (3.1)

где - номинальный ток статора двигателя определяется по формуле:

, А;         (3.2)

- ток статора двигателя  при частичной  загрузке находится по формуле:

, А;     (3.3)

- коэффициент мощности  при частичной загрузке определяется по формуле:

;                 (3.4)                      

- коэффициент загрузки двигателя;

Критическое скольжение:

 

                  (3.5)

где β = 0,6 – 2,5, принимаем b = 1,3.

Определяем коэффициенты:

,                             (3.6)

.                    (3.7)

Активное сопротивление  ротора, приведенное к обмотке  статора асинхронного двигателя:

, Ом.            (3.8)

Активное сопротивление  обмотки статора:

, Ом.                      (3.9)

Определим параметр g, который позволит найти индуктивное сопротивление короткого замыкания :

                    (3.10)

Тогда .                                    (3.11)

Индуктивное сопротивление  роторной обмотки, приведенное к статорной:

, Ом.            (3.12)

Индуктивное сопротивление  статорной обмотки может быть определено по следующему выражению:

, Ом.                  (3.13)

ЭДС ветви намагничивания E_m, наведенная потоком воздушного зазора в обмотке статора в номинальном режиме:

 

, В.  (3.14)

Тогда индуктивное сопротивление  намагничивания:

, Ом.                             (3.15)

Электромеханическая характеристика АД I'₂=f(ω):

           (3.16)

Электромеханическая характеристика АД I₁=f(ω):

          (3.17)

где                    (3.18)

Таблица 11 – I₁ =f(ω)

ω, с-1	180	150	120	104,7	90	75	50	25	0
I'2, A	836	713	273	0	195	334	471	547	595

Пуск двигателя осуществляем с помощью тиристорного регулятора напряжения.

Электромеханическую пусковую характеристику строим в соответствии с формулой:

,                                 (3.19)

.                   (3.20)

Критический момент:

 

=, Нм.                                        (3.21)

Задаваясь скольжением рассчитываем пусковую электромеханическую характеристику АД, приведенную на рисунке 8. Значения электромеханической характеристики приведены в таблице 12.

Таблица 12 – I₁=f(ω)

ω, с-1	104,7	92	80	68	56	44	30	12	0
I, A	0	145	248	312	368	405	438	471	483

Рисунок 8 – Естественная и пусковая электромеханические характеристики I₁=f(ω)

Механическая характеристика АД M=f(ω):

 

   (3.22)

Таблица 13 – M =f(ω)

ω, с-1	104,7	92	79	66	53	39	26	13	0
M, Н∙м	0	8312	5205	3708	2825	2272	1900	1609	1412

Расчет  механической характеристики вентилятора  производится по формуле:

.                                   (3.23)             

Расчетные данные механической характеристики вентилятора представлены в таблице 14.

Таблица 14 – Расчетные данные механической характеристики вентилятора

ω, с-1	0	15	30	45	60	70	80	90	100	110
М, Нм	243,6	342,6	639,4	1134	1827	2398	3058	3805	4641	5564

Расчет пусковой механической характеристики произведем в соответствии с выражением:

.                                    (3.24)

Задаваясь скольжением рассчитываем пусковую механическую характеристику АД, приведенные на рисунке 9. Значения характеристики приведены в таблице 15.

Таблица 15 – M =f(ω)

ω, с-1	104,7	92	79	66	53	39	26	13	0
M, Н∙м	0	5560	3505	2465	1915	1508	1273	1099	965

 

Рисунок 9 – Естественная и пусковая механические характеристики М=f(ω)

2. Расчет искусственных (регулировочных) характеристик ω=f(I), ω=f(M) системы регулируемого электропривода для заданного диапазона регулирования скорости.

Для определения момента, развиваемого асинхронным двигателем и рабочей  области АВК, при различных углах  управления, строим механическую характеристику.

Особенностью расчета механических характеристик АВК является то, что  работа трехфазной мостовой схемы выпрямителя  АВК связанна с переходом из первой рабочей области во вторую, и необходимо определить границу перехода.

Электромеханические и механические характеристики электропривода по системе  АВК [4,стр. 180]:

                                   (3.25)

                              (3.26)

Эквивалентные сопротивление, приведенные к роторной цепи выпрямленного тока, определяются по формулам:

 

              (3.27)

 

         (3.28)

Как видно из полученных выражений, эквивалентное сопротивления зависят от скольжения.

Результаты расчетов расчета электромеханических и механических характеристик с учетом изменения эквивалентных сопротивлений в зависимости от скольжения приведены в таблице 16. В расчете необходимо учесть, что предельное значение момента нагрузки для І-й области построения механических характеристик не должен превышать , тогда

, Нм.    (3.29)

Определяем граничные углы управления мостовой схемы:

, при s₀=0;               (3.30)

, при s₀=0,673;  (3.31)

где - максимальное значение средней ЭДС инвертора при угле опережения .

В таблице 16 расчета характеристик, приведенных на рисунке 10, задаются несколькими значениями угла опережения в пределах от 90° до 48,5°, что соответствует скольжению в пределах от до Для заданного угла опережения определяется величина по формуле:

.                                       (3.32)

Необходимо задаться рядом значений скольжения, наибольшая величина которого должна соответствовать . Переход от скольжения к угловой скорости осуществляется по формуле:

.                                              (3.33)

Таблица 16 – Расчетные данные статических характеристик электропривода по системе АВК

, град			, Ом	, Ом	ω, с-1	Id, А	М, Нм
90	0	0 0,03 0,06 0,1 0,1271	0,122 0,126 0,131 0,13 0,14	0,122 0,123 0,124 0,125 0,126	104,7 101,6 98,4 94,2 91,4	0 218 421,4 672,5 830,9	0 1874 3496 5371 6590
80	0,1762	0,1762 0,2 0,24 0,29 0,3316	0,148 0,151 0,157 0,164 0,17	0,148 0,148 0,149 0,151 0,152	86,25 83,76 79,57 74,34 69,98	0 144,69 373,52 636,8 838,75	0 1246 30110 5152 6591
70	0,347	0,347 0,38 0,42 0,46 0,5289	0,172 0,177 0,183 0,189 0,199	0,172 0,173 0,175 0,176 0,178	68,37 64,91 60,73 56,5 49,32	0 171,06 366,4 549,73 840,42	0 1461 3041 4490 6590
60	0,507	0,507 0,55 0,6 0,66 0,7136	0,196 0,202 0,209 0,218 0,225	0,196 0,197 0,198 0,2 0,202	51,62 47,11 41,88 35,6 29,99	0 195,67 408,49 645,17 841,16	0 1674 3400 5192 6590
48,5	0,673	0,673 0,74 0,79 0,85 0,9035	0,22 0,229 0,37 0,245 0,253	0,22 0,222 0,223 0,225 0,227	34,24 27,22 21,99 15,7 10,1	0 268,23 454,05 662,53 836,33	0 2287 3746 5350 6592