ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по теме выпускной работы

Зміст

Вступ

Розвиток техніки тягне за собою значне збільшення споживаної енергії. З цього числа близько 60 % споживаної енергії припадає на електропривод. Електропривод є найбільш енергоємним споживачем електроенергії, що визначає економічну ефективність виробничих процесів і темпи підвищення продуктивності праці. Головною техніко–економічної тенденцією розвитку електропривода до 2000 року є розширення областей застосування електроприводів змінного струму. Відсутність колектора, притаманного двигунів постійного струму, знімає обмеження по потужності приводу і дозволяє підвищити його перевантажувальну здатність [7]. Реальними стали розробки регульованих електроприводів практично необмеженої потужності. Уже виконуються замовлення на такі електроприводи потужністю до 100 МВт.

Освоєння виробництва силових транзисторів забезпечило можливість створення високодинамічні глубокорегуліруемих електроприводів для верстатобудування та робототехніки. У світі випуск асинхронних двигунів різних потужностей становить кілька мільйонів штук на рік.

1. Актуальність теми

В даний час асинхронні двигуни споживають більше 40 % вироблюваної електроенергії. Значну частку цієї величини складає електроенергія, споживана асинхронними двигунами (рис.1) в динамічних і сталих режимах роботи [3]. Це пов'язано з безперервним збільшенням питомої ваги динамічних режимів у зв'язку з інтенсифікацією виробничих процесів і розширюється впровадженням регульованого асинхронного електропривода на базі перетворювачів частоти і мікропроцесорної техніки.

Асинхронний двигун

Рисунок 1 – Асинхронний двигун

У більшості випадків при використанн асинхронних електродвигунів виникає або значне недовантаження, або істотна її зміна. Це веде до істотного зниження енергетичних показників двигуна. Тому визначення та уточнення розрахунку енергетичних показників асинхронних двигунів є важливою і актуальною задачею.

В даний час для розрахунку втрат потужності та споживаної реактивної потужності в проектній практиці використовують методи, що базуються на експлуатаційних даних, одержуваних за допомогою лічильників активної та реактивної енергії. Використання цих даних для знову проектованих електроприводів може привести до великих погрішностей, тому для сталих і динамічних режимів роботи асинхронних двигунів розробляються й удосконалюються аналітичні методи розрахунку, засновані на теорії кіл. Розвиток цих методів дає можливість правильно обирати тип і параметри компенсуючих пристроїв, здатних реагувати на миттєві зміни величини споживаної реактивної потужності. Це дозволяє, в кінцевому рахунку, знижувати втрати при передачі електроенергії споживачам, які працюють як в сталих, так і в динамічних режимах.

2. Мета та задачі дослідження

Метою дослідження є вивчення і аналого енергетичних показників асинхронного двигуна.

Питання енергетики АД є вузькоспеціальними і досліджені повністю ще не були, тому перед нами ставиться завдання:

  1. Дослідження енергетичних показників некерованого АД.
  2. Дослідження енергетичних показників при харчуванні АД від ПЧ.
  3. Пошук рішень і способів поліпшення енергетичних показників АД.

Об'єкт дослідження: асинхронний двигун.

Предмет дослідження: методи поліпшення енергетичних показників асинхронних електродвигунів.

3. Огляд літератури

Одночасно з початком ери приводу змінного струму збільшується і кількість вчених, що займаються проблематикою асинхронних двигунів. Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором проста і надійна машина, але в той же час є дуже складною з боку процесів, що протікають в ній [6].

Дослідженню енергетичних показників асинхронних двигунів присвячена велика кількість робіт вітчизняних і зарубіжних авторів. Однак ряд важливих питань вивчений недостатньо, і, зокрема, питання визначення і розрахунку таких важливих енергетичних характеристик двигуна, як коефіцієнт потужності і коефіцієнт корисної дії (рис. 2).

Графіки залежностей ККД та cos(fi) асинхроного двигуна

Рисунок 2 – Графіки залежностей ККД та cos(fi) асинхроного двигуна

Нелінійність параметрів і не ідеальність живильної мережі дають значні ускладнення при задачах управління двигуном. Зокрема в Алчевську було випущено навчальний посібник Електромеханічні процеси в асинхронному електроприводі [3]. У даній книзі дуже добре розкрито математичний опис та моделювання асинхронних машин, їх динамічні властивості та спеціальні режими роботи. Розглянуто електромеханічні перехідні процеси і способи управління ними. Окрему увагу автори даного посібника приділяють розрахунку параметрів АД по Т–подібної схеми заміщення (рис. 3). Наводяться різні методи розрахунку, виходячи з повноти вихідних даних.

анімація: 7 кадрів, 10 циклів повторення, 20.4 кілобайт

Рисунок 3 – Т–подібна схема заміщення АД для однієї фази

Також проблематикою визначення параметрів схеми заміщення асинхронної машини, на основі каталожних даних активно займаються співробітники Національного дослідницького університету Московський енергетичний інститут. Зокрема Ю.А. Мощинським у статті Визначення параметрів схеми заміщення асинхронної машини за каталожними даними [1] була запропонована методика, яка дозволяє з достатнім ступенем точності знаходити параметри схеми заміщення асинхронної машини на основі каталожних даних. Запропоновані ним апроксимації опорів ротора дають можливість врахувати зміни їх від ковзання при розрахунках механічних, робочіх та динамічних характеристик АД, що мають різну конструкцію.

Крім дослідження енергетичних показників АД по схемі заміщення, досить широке поширення набуло їх дослідження в частотному регульованому приводі. Зокрема, даною тематикою займається В.С. Петрушин з Одеського політехнічного інституту. У статті Енергетичні показники асинхронного двигуна в частотному приводі при різних законах керування [37] він досліджував енергетичні показники АД в частотному електроприводі при різних законах керування. Також були виведені математичні залежності ККД і коефіцієнта потужності асинхронного двигуна від коефіцієнтів зміни частоти і напруги, ковзання і параметрів схеми заміщення при різних законах частотного керування (рис.4).

Зміна ККД (а) у діапазоні регулювання Изменение cos(fi) (б) в диапазоне регулирования

Рисунок 4 – Зміна ККД (а) и cos(fi) (б) в діапазоні регулювання: 1 – експериментальні залежності; розрахункові залежності при різних законах керування: 2 – U/f = const, 3 – Езовн /f = const, 4 – Е/f= const, 5 – Евнут /f= const.

Спосіб керування асинхронним двигуном також значно впливає на енергетичні показники АД. Аналіз трьох способів керування (фазове, частотне і квазичастотного.) Був проведений О.Ф. Вінаковим у статті Аналіз енегретичних показників асинхронного однофазного двигуна при різних способах керування [36]. Аналіз показав, що квазичастотного керування дозволяє реалізувати тривалий режим роботи двигуна при швидкостях в 2–4 рази менше номінальних і значно поліпшити енергетику АД.

Крім перерахованих вище авторів великий внесок у вирішення завдань оптимізації режимів роботи електроприводів змінного струму внесли видатні вітчизняні та зарубіжні вчені – І.Я. Браславський, В.Н. Бродовський, А.М. Вейнгер, В.І. Ключев, Г.Б. Оніщенко, Ю.А. Сабінін, О.В. Слежановскій, Р.Т. Шрейнер, В.А. Шубенко, Iliceto P. Capassoa,. Jimme J. Gathey, W. Floter, W. Leonhard, T.A. Lipo, D.W. Novotny [22-35] та ін.

4. Методи дослідження, результати, що плануються

При виконанні роботи передбачається використання методів аналітичного опису, математичного та фізичного моделювання.

В результаті виконання роботи планується розробка методичних рекомендацій щодо поліпшення енергетичних показників асинхронних двигунів.

Перелік посилань

  1. Мощинский Ю.А., Беспалов В.Я., Кирякин А.А. Определение параметров схемы замещения асинхронной машины по каталожным данным // Ж.: Электричество в №4/98. 1998, c. 38–42.
  2. Мельников H.A. Реактивная мощность в электрических сетях.–М.; Энергия, 1975. 128с.
  3. Шевченко И.С., Морозов Д.И Электромеханические процессы в асинхронном электроприводе: Учеб. Пособие / – Алчевск: ДонДТУ, 2009, – 349 с.
  4. Бородина И.В., Вейнтер A.M., Серый И.М., Янко–Тринцкий A.A. Автоматический регулируемый по скорости электропривод с асинхрони–зированным синхронным двигателем. Электричество, 1975, № 7,с. 41–46.
  5. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. Учебн. для электроэнерг,специальн. вузов,3.е изд., перераб. и доп. М.: Высш.школа, 1978. – "415 с.
  6. Петров Г.Н. Электрические машины. Учебн. для электроэнерг.вузов и факульт. в 3–х ч. Изд. 2–е перераб. ч.2. Асинхронные и синхронные машины. M.JI.: Госэнергоиздат, 1963, 416 с.
  7. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш.техн.учебн. заведений. 3–е изд. перераб. Л.: Энергия, 1978, 832 с.
  8. Иванов–Смоленский А.В. Электрические машины. Учебн. для вузов. М.: Энергия, 1980, 928 с.
  9. Sastry K.P.R., Burridge R.E Investigation of a reducedorder model for induction machine dynamic studies. – IEE. Trans.power appar. and syst.1976, vol. 95, $ 4, p. 1399–1406.
  10. Мамедов Ф.А., Иванов M.H. Коэффициент мощности асинхронного двигателя, работающего в сети с несинусоидальным, несимметричным напряжением питания случайного характера. Электротехника, 1978, № I.
  11. Дрехслер P. Новый нетрадиционный метод определения коэффициента мощности / 1972, № II,
  12. Башагуров Ю.М. Расчет средних значений к.п.д. и коэффициента мощности асинхронных электродвигателей в режиме случайного нагружения. Изв. Томского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института имени С.М.Кирова, 1968, 190 с.
  13. Штурман Л.И., Золотарев О.И. Определение КПД и асинхронных двигателей при непрерывно меняющейся нагрузке. Электричество, 1951, № 8.
  14. Шуйский В.П. Расчет электрических машин. Пер. с немец. –I.: Энергия, 1968, 731с.
  15. Копылов И.П. Проектирование электрических машин / Под ред. И.П.Копы–лова. М.: Энергия, 1980. – 496 с.
  16. Вахдат Асеф Мухаммед. Динамика асинхронных машин с совместным учетом эффекта вытеснения тока и вихревых токов: Автореферат канд. дисс. –М.: 1982.
  17. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебн. для вузов. М.: Энергоиздат, 1981. – 576 с.
  18. Соколов М.М., Петров Л.П., Масандялов Л.Б., Ладензон В.А. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе. –М.Энергия, 1976. 200 с.
  19. Постников И.М. Обобщенная теория и переходные процессы электрических машин: Учебн. для вузов, 2–е изд., перераб. и дополн. М.: Высш.школа, 1975. – 319 с.
  20. Беспалов В.Я., Копылов И.П. Переходные процессы в асинхронных двигателях при несинусоидальном напряжении. Электричество,гё 8, 1971.
  21. Беспалов В.Я., Исследование асинхронных двигателей при несинусоидальном напряжении. Автореферат канд. дисс. М.: 1968.
  22. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберигающий асинхронный электропривод: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. Заведений /; под ред. И.Я. Браславского, – М.: Издательский центр Академия, 2004. – 256 с.
  23. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Приводы с частотно–токовым управлением./ Под ред. В.Н. Бродовского. – М.: Энергия, 1974. – 168 с.
  24. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат. 1985. – 560 с.
  25. Weinger A. Potential of AC drives with semi–closed control. – IEEE International Electric Machines and Drives Conference. – June 1–4, 2003, Madison, Wisconsin, USA. – pp. 1511–1517. – Потенциал электроприводов переменного тока с полузамкнутым управлением (Англ).
  26. Онищенко Г.Б. Электрический привод. Учебник для вузов. – М.: РАСХН, 2003. – 320с.
  27. Ковчин С.А., Сабинин Ю. А. Теория электропривода: Учебник для вузов. – СПб.: Энергоатомиздат. Санкт–Петербургское отд–ние, 2000. – 496 с.
  28. Слежановский О.В. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями: Энергоатомиздат Санкт–Петербургское отд–ние, 1983.– 256 с.
  29. Шрейнер Р.Т. Автоматизированный электропривод. Системы управления электроприводов / Конспект установочных лекций.– Екатеринбург, 2006г. –22 с.
  30. Шубенко В.А., Браславский И.Я. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением DJVUM / «Энергия», 1972. 200с.
  31. Iliceto P. Capassoa. Dynamic equivalent of asynchronousmotor load in systems, 1974, vol.93, В 5,p. 1650–1657, 1974.
  32. Jimme J .Gathey, Ralph K. Cavin, A.K. Ayoub. Transient load model of an induction motor IEE Trans. Power Appar. and systems 1973, vol. 92, )i 4, p. 1399–1406.
  33. Floter W. , Ripperger H. Die Transvektor–Regelung fur den feldorientierten Betrieb einer Asynchronmaschine. Siemens–Z. 1971. 45, №10. p.761–764.
  34. Werner Leonhard Control of Electrical Drives / Springer–Verlag Berlin Heidelberg New York, 2001
  35. Novotny D.W., Lipo T.A. Vector Control and Dynamics of Ac Drives / Oxford University Press, 1996. , 440рр.
  36. Винаков А.Ф., Бабийчук О.Б. Однофазный реверсивный электропривод с квазичастотным управлением // Электротехника и электрооборудование. 1995.–Вып.47.– С.49–53.
  37. Петрушин В.С., канд. техн. наук, Таньков А.А. Энергетические показатели асинхронного двигателя в частотном приводе при различных законах управления // Республиканский межведомственный научно–технический сборник Электромашиностроение и электрооборудование. Выпуск 55/2000. – Одесса.