Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

За останні 200 років активно розвивається наука і техніка. При цьому технологічні процеси стрімко вдосконалюються в кращу сторону. Людство завжди прагнуло до чогось кращого. Адже те, що було вчора – недостатньо для сьогодні...

Зовсім недавно, в 1887 році, вчені Галілео Ферраріс і Нікола Тесла внесли величезний внесок у розвиток створення асинхронних двигунів. Після чого вчені всього світу почали приділяти увагу удосконаленню асинхронних машин. Ці винаходи заклали міцний фундамент масового промислового застосування електричних машин.

1. Актуальність теми

Завдяки асинхронного електроприводу (ЕП), практично всі, технологічні процеси на підприємствах стають автоматизованими і не вимагають для роботи такої великої кількості людей як раніше, причому швидкість виробництва тієї чи іншої продукції в багато разів зростає. Використання асинхронного ЕП дозволяє у багато разів скоротити бюджет компанії, при цьому отримувати високий прибуток.

Останнім часом велика увага приділяється дослідженню можливості збільшення потужності в асинхронному ЕП змінного струму, що призводить до підвищення втрат в ЕП [1].

Тому магістерська робота присвячена актуальній науковій задачі розробки можливих методів збільшення потужності в асинхронному ЕП з мінімальними втратами енергії в ЕП.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою роботи є дослідження можливості збільшення потужності асинхронного двигуна (АД) за рахунок регулювання швидкості вгору від номінальної при постійному магнітному потоці.

Основні завдання дослідження:

  1. Проаналізувати вплив запропонованих принципів регулювання напруги і частоти на тепловий стан АД.
  2. Проаналізувати вплив запропонованих принципів регулювання напруги і частоти на тепловий стан транзисторних ключів.
  3. Оцінити зміну загального ККД системи

Об'єкт дослідження:: асинхронний електропривод змінного струму.

В рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів за наступними напрямками:

  1. Доказ можливості збільшення потужності в асинхронному електроприводі змінного струму шляхом одночасного збільшення f і U.
  2. Доказ енергоефективності запропонованого методу збільшення потужності.

Для експериментальної оцінки отриманих теоретичних результатів і формування фундаменту наступних досліджень, в якості практичних результатів планується розробка швидкодіючої математичної Simulink – моделі електроприводу в програмі Matlab.

3. Аналіз джерел

У дисертації розроблений спосіб управління частотно – керованим ЕП за принципом максимальної еквівалентної навантаження (рис. 1, а) з урахуванням впливу інших ЕП, які пов'язані одним технологічним процесом.

Цей спосіб полягає в регулюванні часу паузи самій критичній з погляду перенавантаження ЕП шляхом обмеження на швидкість взаємопов'язаного ЕП в залежності від його теплового стану, який визначається за допомогою теплової моделі.

В роботі [1] встановлено, що перевантажувальна здатність частотно – керованого ЕП залежить від швидкості обертання двигуна. При цьому ця залежність носить екстремальний характер. Максимальна перевантажувальна здатність досягається при швидкості поруч з 0,75 номінальної у випадку використання двигуна з самоохолодженням.

Механічні характеристики асинхронного ЕП

Рисунок 1 — Механічні характеристики асинхронного ЕП:
а) природна (збільшення потужності за рахунок збільшення навантаження на двигун);
б) штучна (збільшення потужності за рахунок регулювання швидкості вгору від номінальної без ослаблення поля)


В той же час, залишаються недослідженими питання збільшення потужності за рахунок регулювання швидкості вгору від номінальної без ослаблення поля (рис. 1, б). У першу чергу, це пов'язано з живленням двигуна, напругою і частотою вище номінального значення. Це можливо, оскільки ПЧ може збільшувати частоту і амплітуду вихідної напруги вище номінального, у випадку, якщо [2]:

— Використовується активний випрямляч напруги (АВН) з властивістю, здатним збільшувати напругу в ланці постійного струму.

— При використанні перемодуляціі в автономному інверторі напруги (АІН).

В першому випадку, ми маємо здатність підвищити напругу в ланці постійного струму з 535 В до 600 В (рис. 2, а). Тобто ПЧ виявляється недовикористованним по напрузі в ланці постійного струму (приблизно на 10%).

Тоді, при збільшенні напруги в ланці постійного струму, можливе збільшення напруги на двигун, також на 10%, що в свою чергу призведе до збільшення продуктивності електроприводу, що необхідно і можливо використовувати.

У схемі (рис. 2, б) при переході в генераторний режим (рис. 2, а) виникає динамічна помилка в регулюванні Udс, що супроводжується збільшенням цієї величини. Оскільки транзисторні модулі жорстко регламентуються по напрузі, в подальших дослідженнях, планується створення швидкодіючої системи управління ЕП для зменшення динамічної помилки у відпрацюванні заданої напруги в ланці постійного струму. Для цього система повинна бути астатічной до навантаження або мати мінімальний статизм.

Напруга в функції часу UUdc(t)

Рисунок 2 — Напруга в функції часу Udc(t) асинхронного ЕП (а); ПЧ в ланці постійного струму (б)

4. Результати досліджень

При роботі асинхронного двигуна відбувається процес перетворення електричної енергії змінного струму в механічну енергію обертового руху. Це перетворення, як і в інших електричних машинах, пов'язане з втратами енергії (рис.3), тому корисна потужність на виході двигуна P2 завжди менше потужності на виході P1 на величину втрат потужності Р:

P2 = P1  -  P         (1)
Енергетична діаграма АД

Рисунок 3 — Енергетична діаграма асинхронного двигуна
(анімация: 5 кадрів, затримка 0.7 с., 3 циклу, 36 кілобайт)


Споживана з мережі активна потужність:

P1 = mU1I1cosf1          (2)

де m – кількість фаз, U1 – напруга на обмотці статора, I1 – струм в обмотці статора, cosf1 – коефіцієнт потужності двигуна.

У дисертації [1], напруга не регулюється, потужність збільшують зі збільшенням навантаження на двигун, при цьому струми в статорі також збільшуються, що в свою чергу призводить до швидкого нагріву двигуна, отже збільшенню втрат потужності.

При одночасному збільшенні f і U – збільшуються тільки магнітні втрати. Проте їх збільшення на 2% (в в.о.) від загальних втрат має незначний вплив на тепловий стан двигуна, і може бути скомпенсовано повною мірою для двигунів з самовентиляцією [3]. Можливо також коригування закону управління ПЧ – АД, що припускає незначне зниження магнітного потоку, при якому магнітні втрати будуть постійними. При цьому можливо використовувати двигун з примусовою вентиляцією.

Можна зробити висновок, що реальний ККД двигуна збільшується на 0.5 – 1% (великі цифри відповідають великим номінальним значенням ККД АД).

ККД АІН і АВН зменшиться за рахунок збільшення комутаційної складової втрат напівпровідникових приладів на 10% [6]. При цьому напруга на ключах не перевищить паспортного значення 600В.

Втрати провідності напівпровідникових приладів [6], що залежать від вихідного струму, при цьому залишаться незмінними у АІН, а у АВН збільшаться на 10% за рахунок збільшення струму мережі, пропорційного вихідної потужності АІН. Отже потужність АВН буде завищена, і вибирається з остаточної потужності АД.

Оскільки сумарні втрати АІН і АВН становлять близько 4% [6] від вихідної потужності, отже, при збільшенні напруги на 10% загальний ККД перетворювача зменшиться не більше ніж на 0.4%. При цьому загальний ККД системи перетворювач частоти — асинхронний двигун не зменшиться.

Выводы

  1. Доведена можливість збільшення потужності в асинхронному електроприводі змінного струму шляхом одночасного збільшення f і U.
  2. Доведена енергоефективність запропонованого методу збільшення потужності.
  3. Розроблена швидкодіюча система управління ЕП для зменшення динамічної помилки у відпрацюванні заданої напруги в ланці постійного струму.
  4. Виконано моделювання процесів в електроприводі.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2015 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  1. Худолий С.С. Повышение эффективности работы частотного ЭП путем управления по максимально нагрузочной способностью: диссертация на получение научной степени кандидата технических наук / C.C. Худолий. – Днепропетровск: НГУ. – 2014. – 177 с.
  2. Шавьолкін О.О. Перетворювальна техніка: навчальний посібник / О.О. Шавьолкін, О.М. Наливайко; за загальною ред. канд. техн. наук, доц. О.О. Шавьолкіна. – Краматорськ: ДДМА, 2008. – 328с.
  3. Шрейнер Р.Т. Электромеханические и тепловые режимы асинхронного двигателя в системах частотного управления: Учебное пособие. / Р.Т. Шрейнер, А.В. Костылев. – Екатеринбург: 2008. – 360 с.
  4. Пивняк Г.Г. Современные частотно – регулируемые асинхронные электроприводы с широтно-импульсной модуляцией: Монография / Г.Г. Пивняк, А.В. Волков – Днепропетровск: НГУ, 2006. – 470 с.
  5. Шавьолкін О.О. Експериментальне визначення модуляційних втрат енергії в асинхронному двигуні / О.О. Шавьолкін, Д.М. Мірошник, В.В. Божко// Збірник наукових трудів Гірнича електромеханіка та автоматика. – Дн-ськ: НГУ. – 2013. – вип. 91 – С. 25 – 29.
  6. Шавёлкин А.А. Расчет потерь мощности в силовых ключах преобразователя частоты с промежуточным импульсным преобразователем напряжения/ А.А. Шавёлкин, Д.Н. Мирошник// Наукові праці ДонНТУ. Серія Електротехніка та Енергетика, випуск 98, Донецьк: ДонНТУ, 2005. – С.116 – 120.
  7. Онищенко Г.Б. Автоматизированный электропривод промышленных установок / Г.Б.Онищенко, М.И.Аксенов, В.П.Грехов, М.Н.Зарицкий, А.В.Куприков, А.И.Нитиевская; под. общей редакцией Г.Б.Онищенко. – М.: РАСХН, 2001. – 520 с.