Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і задачі дослідження
- 3. Дослідження теплових режимів в системі ТПЧ-АД
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
Використання двигунів змінного струму (асинхронних і синхронних), в системах промислового регульованого електроприводу, відкриває широкі можливості для значного підвищення продуктивності механізмів і як наслідок удосконалення технології виробництва, зниження собівартості і підвищення якості продукції.
Ці машини характеризуються великим діапазоном потужностей (від декількох ватів до тисяч кіловат), досить різноманітні по конструктивного виконання, застосовуваним охолоджуючим середах, системам охолодження і. т. д.
Недостатня вивченість теплових процесів в електродві¬гателях і відсутність надійних інженерних методів розрахунку нагрівання нових конструкцій зумовили розгляд в даній роботі насамперед моделювання теплових процесів таких машин.
У роботі розглядається питання нагріву електродвигуна з обдувається оболонкою, як найбільш поширеного і характерного типу закритих асинхронних електродвигунів.[6].
Найбільш ефективним, а в більшості випадків практично єдино можливим способом регулювання швидкості двигуна змінного струму є частотне регулювання. Електромашинні перетворювачі з регульованою частотою внаслідок ряду властивих їм недоліків (велика встановлена ??потужність обладнання, низький к.к.д., інерційність та ін.) Не отримали широкого розповсюдження.
Значно більш перспективними є вентильні перетворювачі частоти, які при раціональному проектуванні виявляються вільними від недоліків електромашинних.
Розвиток напівпровідникових перетворювачів для живлення двигунів змінного струму, з регульованими вихідною напругою і частотою йде за двома напрямками:
-вентільние перетворювачі з проміжною ланкою постійного струму і автономним інвертором;
- вентильніперетворювачі без ланки постійного струму з безпосереднім зв'язком живильної мережі і ланцюги навантаження.[5].
У перетворювачах першого типу при живленні їх від промислової мережі змінного струму необхідними елементами є випрямляч і автономний інвертор. Функції регулювання частоти вихідного напруги здійснює інвертор, а напруги - випрямляч. Іноді обидві функції здійснює інвертор, а випрямляч виконується некерованим. Відомо велика кількість схем перетворювачів частоти з проміжною ланкою постійного струму.
У перетворювачах другого типу харчування проводиться безпосередньо від мережі змінного струму без проміжного випрямлення.
При використанні безпосереднього преобразователе не складає труднощів за допомогою системи управління отримати на виході струм, за формою близький до синусоидальному, що може виявитися особливо корисним при роботі на двигун середньої та великої потужності. Але перетворювачів частоти без ланки постійного струму притаманні і деякі недоліки. Зокрема, вони споживають з мережі значну реактивну потужність. Характерним недоліком, що випливають з самого принципу роботи перетворювача, є обмеження верхньої межі робочих частот він становить половину частоти живлячої напруги.
Так як у промисловості більшість двигунів випускається на частоту 50 Гц, то в даній роботі для досліджень був обраний автономний інвертор напруги з широтно-імпульсною модуляцією і асинхронний двигун з короткозамкненим ротором.
Враховуючи, що вихідна напруга автономного інвертора має не чисту синусоїдальну форму, а в слідстві і струми статора і ротора несуть пульсуючий характер, то слід перевірити, чи не перегрівається двигун при таких умовах.
1. Актуальність теми
В даний час теплові процеси в електродвигунах вивчені недостатньо і відсутні надійні інженерні методои розрахунку нагрівання нових конструкцій виходячи з цього в даній роботі насамперед вироблено моделювання теплових процесів таких машин.
У роботі розглядається питання нагріву електродвигуна з обдувається оболонкою, як найбільш поширеного і характерного типу закритих асинхронних електродвигунів.
2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
Основним завданням даної роботи є дослідження теплового стану асинхронного двигуна при живленні від автономного інвертора напруги з широтно-імпульсною модуляцією. Навантаження на валу двигуна буде постійною і відповідати номінальної, а частоти живлячої напруги інвертора будемо змінювати за законом:
Інтерес теплового стану двигуна в системі ПЧ-АД представляє, тому що вихідна напруга інвертора мають не синусоїдальну, а імпульсну форму і внаслідок цього струми статора і ротора двигуна мають синусоїдальну, але пульсуючу форми. Тобто в гармонійному складі струмів присутні гармоніки відмінні від основної. Відповідно до теорії особливо це проявляється на знижених частотах вихідної напруги. Тому в роботі досліджуємо форми струмів і напруги при частотах вихідної напруги f = 50, 25 і 10 Гц.
Дослідження теплових режимів в системі ТПЧ-АД
При моделюванні системи ТПЧ-АД були отримані криві струмів статора, ротора двигуна при номінальному моменті навантаження, а також крива вихідної напруги перетворювача.
Доведено, що на нагрів двигуна найбільший вплив роблять непарні гармоніки. Для аналізу будемо враховувати основну складову та 3, 5 і 7 гармоніки вихідних сигналів струмів і напруги. Для виділення зазначених складових гармонійного складу розроблена модель.
Рисунок 3.1 – Модель для виділення гармонійних складових
Основним блоком даної моделі є блок Fourier пакету SIMULINK, який має такі параметри:
Рисунок 3.2 – Параметри блоку Fourier
В поле Fundamental frequency f1 (Hz) вказується частота вхідного сигналу блоку, а в полі Harmonic n (0 = DC; 1 = fundamental; 2 ...) вказується номер гармоніки яку потрібно виділити. На осцилографі спостерігаємо криву відповідну зазначеної гармоніці.
Для обліку цих складових в тепловій моделі двигуна на входи падаємо не один синусоїдальний сигнал, а сума сигналів відповідних виділеним гармоникам.
Рисунок 3.3 – Блок обліку гармонійного складу струму статора
Кожен такий блок об'єднаний в Subsystem з назвами GS, GSU, GR - відповідно сума гармонік сигналів струму, напруги статора і струму ротора. Т.ч. модель для дослідження теплового стану двигуна при обліку пульсуючих вхідних сигналів має вигляд:
Рисунок 3.4 – Теплова модель двигуна з урахуванням гармонійного складу
Перший досвід проводиться при моделюванні системи ТПЧ-АД з частотою вихідної напруги f = 50 Гц.
Після аналізу отриманих раніше графіків струму статора і ротора і вихідної напруги інвертора за допомогою моделі виділення гармонійних складових зведемо дані в таблицю 3.1
Таблица 3.1 – Гармонійний склад струмів і напруги при fc = 50 Гц, fr = 0.8547 Гц.
Як видно третя гармоніка відсутня у всіх кривих струмів і напруги, а основна гармоніка відповідає номінальним параметрам, отриманим при живленні двигуна напругою синусоїдальної мережі.
За результатами моделювання отримаємо графіки програвав з урахуванням пульсацій струмів і напруги.[4].
Рисунок 3.5 – Перегріви ротора θCu2 , обмотки θCu1 і заліза θFe1статора при живленні від ТПЧ з частотою f = 50 Гц
Зведемо в таблицю середні температури, отримані при подачі на теплову модель синусоїдальних струмів і напруги промислової частоти f = 50 Гц і криві останніх отримані в системі ТПЧ-АД.
Таблиця 3.2 – Перегріви при живленні від промислової мережі і в системі ТПЧ-АД
Сравнивая результаты моделирования видно, что перегревы в системе ТПЧ-АД при f=50 Гц выше для ротора на 8 °С, обмотки статора на 5 °С и железа статора на 4 °С. Из полученных графиков возможно увидеть, что перегрев отдельных частей в двигателе, при номинальном момент нагрузки и номинальной частоте питающего напряжения, практически не изменяется относительно режима работы двигателя при питании в системе ТПЧ-АД при f = 50 Гц.
Таким чином, використання розробленої моделі перетворювача частоти для живлення двигунів в промислових установках різного роду не призводить до зміни перегріву частин двигуна, тобто не викличе порушення його нормального теплового режиму при роботі з номінальною частотою.[8].
Далі досліджуємо тепловий стан двигуна при зниженій частоті живлячої напруги інвертора f = 25 Гц.
У процесі моделювання системи ТПЧ-АД отримаємо наступні осцилограми:[3].
Рисунок 3.6 – Вихідна напруга інвертора при fz = 25 Гц
Рисунок 3.7 –Фрагмент струму статора при Mc=Mном
Рисунок 3.8 – Фрагмент струму ротора при Mc=Mном
Рисунок 3.9 – Швидкість двигуна при Mc=Mном
З графіка швидкості видно, що швидкість при тому ж момет навантаження складає 720 об / хв.
При гармонічному аналізі струмів ротора, статора та вихідної напруги інвертора отримали наступні результати:[1].
Таблица 3.3 – Гармонійний склад струмів і напруги при fc = 25 Гц, fr = 0.9091 Гц.
На основі отриманого гармонійного складу розрахуємо перевищення температур окремих частин двигуна над корпусом. Отримані графіки наведені на (рис.3.10).
Рисунок 3.10 – Перегріви ротора θCu2 , обмотки θCu1 і заліза θFe1 статора при живленні від ТПЧ з частотою f = 25 Гц
Анімація (кількість кадрів: 6, кількість циклів: 7, об'єм: 12,6 кБ)
Зведемо в таблицю середні температури, отримані при подачі на теплову модель напруги інвертора частоти f = 25 Гц і криві струмів ротора і статора отримані в системі ТПЧ-АД.[2].
Таблица 3.4 – Перегріви при живленні від промислової мережі і в системі ТПЧ-АД
Далі досліджуємо тепловий стан двигуна при зниженій частоті живлячої напруги інвертора f = 10 Гц.
У процесі моделювання системи ТПЧ-АД отримаємо наступні осцилограми.
Рисунок 3.11 –Вихідна напруга інвертора при Fz= 10Гц Mс= Mном
Рисунок 3.12 – Швидкість двигуна при Fz= 10Гц Mс= Mном
Рисунок 3.13 – Фрагмент тока статора при Fz= 10Гц Mс= Mном
При гармонічному аналізі струмів ротора, статора та вихідної напруги інвертора отримали наступні результати:
Таблица 3.5 – Гармонійний склад струмів і напруги при fc = 10 Гц, fr = 1.2658 Гц.
На основі отриманого гармонійного складу расчитаем перевищення температур окремих частин двигуна над корпусом. Отримані графіки наведені на (рис.3.14).[3].
Рисунок 3.14 – Перегріви ротора θCu2 , обмотки θCu1 и железа θFe1статора при живленні від ТПЧ з частотою f = 10 Гц
Зведемо в таблицю середні температури, отримані при подачі на теплову модель напруги промислової мережі з частотою f = 50 Гц і при живленні від інвертора напруги при частотах вихідної напруги f = 50, 25 и 10 Гц.[7].
Таблица 3.6 – Перевищення температур частин двигуна при різних частотах напруги живлення.
Висновки
Таким чином, використання перетворювача частоти на базі автономного інвертора напруги з широтно - імпульсної модуляцією для живлення двигунів в промислових установках різного роду призводить до зміни перегріву частин двигуна, тобто викликає порушення його нормального теплового режиму при роботі з номінальним навантаженням.[9]
Отже двигуни які серійно випускаються використовувати в таких умовах неможливо.
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. Надалі буде проводиться ряд експериментів, дослідження та доопрацювання наявних результатів.
Перелік посилань
- Г.Г. Щасливий «Нагрівання закритих асинхронних електродвигунів» - Київ «Наукова думка», 1966р.
- Ю.С. Забродін «Промислова електроніка: підручник для вузів» - Москва «Вища школа», 1982р.
- Костерін С.І., Фінатьев Ю.І. - В кн .: «Теплопередача та охолодження електричних машин» вид. ЦІНТІЕлектропром, Москва, 1963р.
- Шнейдер П. «Інженерні проблеми теплопровідності» Москва, 1960
- Hak J. «Archiv fur Electrotechnik», 1956.
- Постніков І.М. «Проектування електричних машин» Гостехиздат, Київ, 1960р.
- Уейкерлі Д. Проектування цифрових пристроїв / Д. Уейкерлі. - М .: Постмаркет, 2002. - Том 2. - 528 с.
- Breeding K. Digital design fundamentals / K. Breeding. - Prentice Hall, 1992. - 446 pp.
- Баранов С.І. Синтез мікропрограмних автоматів (граф-схеми і автомати) / С.І. Баранов. - Л .: Енергія, 1979. - 232 с.