Расчет и выбор аппаратов защиты системы ПЧ-АД

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Упрощённая схема преобразователей частоты приведена на рис.5. Они состоят из следующих основных частей 5:

1)звена постоянного тока

2)силового трехфазного импульсного инвертора

3)системы управления

Рис.5. Схема преобразователя частоты

Инвертор осуществляет преобразование напряжения постоянного тока в трехфазное переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды (U, V, W), управляющее двигателем.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети (L1, L2, L3) преобразуется в нем в напряжение постоянного тока (+, -).

Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей соединенных по схеме приведенной выше. Каждая обмотка двигателя подсоединяется через соответствующий ключ к положительному и отрицательному полюсу звена постоянного тока. Система управления осуществляет управление силовым инвертором.

Действительно, непосредственно, приложить синусоидальное напряжение переменной частоты и амплитуды к обмоткам двигателя данная схема не позволяет, но она позволяет, используя широтно импульсную модуляцию (сокращенно ШИМ), импульсно прикладывать к обмоткам двигателя напряжение звена постоянного тока, таким образом, что эффект оказывается практически эквивалентен рис.6, приложению синусоидального напряжения, требуемой частоты и амплитуды.

Рис. 6. Принцип ШИМ

ШИМ характеризуется периодом модуляции, внутри которого вывод обмотки подключается, по очереди, к положительному и отрицательному полюсам звена постоянного тока. Длительность этих состояний, внутри периода ШИМ, модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2 … 15 кГц), тактовых частотах ШИМ, в обмотках двигателя, вследствие их фильтрующих свойств, протекают синусоидальные токи. Их частота и амплитуда определяются соответствующими параметрами модулирующей функции. Подобное импульсное управление позволяет получить очень высокий КПД преобразователя и практически эквивалентно, аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения.

Рисунок 6.1– Принципиальная схема системы ПЧ-АД

В соответствии с рисунком 6.1 можно сказать, что защита преобразователя частоты осуществляется всего двумя видами аппаратов: быстродействующими предохранителями FU и автоматическим выключателем QF.

Основная трудность, в данном случае, заключается в том, в преобразователе частоты имеет место как постоянные, так и переменные ток и напряжение. Например, автоматический выключатель QF должен выбираться по действующему значению основной гармоники тока. В тоже время, быстродействующие предохранители для защиты силовых тиристоров выбираются исходя из номинального значения выпрямленного тока. Поэтому целесообразно, предварительно вычислить указанные величины. Можно рекомендовать следующий порядок вычислений:

Индуктивное сопротивление асинхронного двигателя:

Действующее значение полного тока при номинальной нагрузке:

Номинальная допустимо-длительная мощность:

4 Выбираем преобразователь частоты:

Выбор преобразователя частоты осуществляется исходя из следующих условий:

· S_н.пч ≥ К_з∙ S_н = 1, 25∙ 42983 = 53, 7 кВА;

· U_н.пч ≥ U_{ном.сети} = 380В;

· I_н.пч ≥ I_{пуск.дв}/л_пч = 178, 5 /2 = 89, 25А;

· I_{макс.пч} ≥ I_{пуск.дв}= 178, 5А;

Исходя из перечисленных условий и каталожных данных, выбираем преобразователь частоты типа ТРИОЛ АТ04-55 со следующими параметрами:

S_н.пч=72кВА;

I_н.пч=110А;

I_{макс.пч}=132А;

U_н.пч=380В;

з_пч=0, 885;

P_ном.дв=22кВт.

Активная мощность на выходе инвертора:

Номинальное напряжение в звене постоянного тока:

Номинальный выпрямленный ток:

Действующее значение первой гармоники тока:

Таким образом, был произведен предварительный расчет номинального значения выпрямленного тока и действующего значения первой основной гармоники тока. Кроме того был выбран преобразователь частоты, технические параметры которого необходимо будет учесть при дальнейшем выборе автоматического выключателя.

6.1 Выбор автоматического выключателя

Для защиты преобразователя частоты выбираем автоматический выключатель серии А3700 с тепловым и электромагнитным расцепителями. Требуемый автоматический выключатель должен удовлетворять следующим условиям:

· Номинальное напряжение U_нвыкл ≥ U_нсети = 380 В;

· Номинальный ток выключателя I_нвыкл ≥ I_1л =7, 326 А

· Уставка по току срабатывания

– теплового расцепителя

I_т ≥ 1, 25I_1л =1, 25*7, 326=9, 16 А

– электромагнитного расцепителя

I_эм ≥ 1, 2I_{макс.пч} =1, 2*132=158, 4 А

Указанным условиям удовлетворяет автоматический выключатель типа А3712Б со следующими номинальными параметрами: U_н.выкл =380В, I_н.выкл =160А, I_т =18А, I_эм =160А.

6.2 Выбор плавких предохранителей

Плавкие предохранители использованы для защиты силовых полупроводниковых вентилей – тиристоров. Поэтому выбираем быстродействующие предохранители серии ПП57. Для определения номинального тока плавкой вставки воспользуемся выражением:

Кроме того, номинальное напряжение основания выбираемого предохранителя должно быть не менее 380 В.

Указанным условиям удовлетворяет плавкий предохранитель ПП57-25 со следующими номинальными параметрами: I_ном.п.в = 20 А, номинальный ток предохранителя I_номп = 50 А, U_ном = 380 В

7 Характеристики ПЧ

ТРИОЛ АТ 04 предназначен для управления широким спектром производственных машин и механизмов с приводными трехфазными асинхронными электродвигателями (АД) мощностью от 132 до 320 кВт класса напряжения 0, 4 кВ.

НАДЕЖНОСТЬ
Срок службы преобразователей Триол АТ04 составляет 15 лет. Такая долговечность обеспечивается за счет:

· современной элементной базы;

· широкого спектра защитных функций;

· 100% тестирования изделий на всех уровнях.

УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ
Система управления ПЧ Триол АТ04 выполнена в виде единого базового блока. Установленные на нем три слота дают возможность подключения дополнительных субмодулей, что позволяет модифицировать преобразователь под Вашу задачу.

ПРОСТОТА УПРАВЛЕНИЯ
Триол АТ04 снабжен встроенным пультом управления, который делает работу с преобразователем легкой и удобной, выводя на дисплей все параметры и сообщения об ошибках.

Возможно управления ПЧ Триол АТ04 с дистанционного пульта.

СОВМЕСТИМОСТЬ С ИНФОРМАЦИОННЫМИ СЕТЯМИ
ПЧ Триол АТ04 содержит:

· для приема управляющих и задающих сигналов — 6 дискретных входов, до 6 аналоговых входов, 2 канала интерфейса RS 485 стандарта Modbus;

· для управления внешними устройствами — до 6 релейных выходов, до 2 аналоговых выходов.

Возможность диалога с пользователем
Универсальный помощник по работе с преобразователями частоты Триол — программное обеспечение ControlDrive. Программа работает в среде Windows. Подключение к компьютеру выполняется по последовательному интерфейсу RS485.

Благодаря этой программе Вы сможете одновременно работать с несколькими ПЧ (до 5), функционирующими в одной сети: выдавать команды «Пуск» и «Стоп» привода, следить за состоянием приводов в реальном времени; считывать, записывать и отслеживать изменение значения параметров; управлять состоянием релейных выходов, логических коммутаторов, дискретных и аналоговых входов и кодовых регистров.

Решение для каждой отрасли промышленности
Многообразие возможностей: реализованы функции энергосбережения, управления группой электродвигателей от одного ПЧ, «подхвата» электродвигателя, регулирования с помощью встроенного ПИД-регулятора и т.д.

ЗАЩИТА, КОТОРАЯ НЕОБХОДИМА
Преобразователь частоты Триол АТ04 выпускаются со степенями защиты IP21 (основное исполнение) и IP54 (для эксплуатации в «жестких» условиях). Модельный ряд ПЧ Триол АТ04 выполнен в виде навесных шкафов одностороннего обслуживания с легкосъемными передними панелями. Охлаждение — воздушное принудительное. Шкаф ПЧ Триол АТ04 в исполнении IP54 состоит из цельносварного каркаса с дверью и вентиляционной камеры. Высокий класс защиты шкафа Триол АТ04 обеспечивается делением его на отсеки (1-й — отсек силовой части и системы управления; 2-й — воздуховод), специальной конструкцией дверей, наличием гермовводов, степенью защиты вентиляторов IP54 и т.д.

Технические характеристики:

Шкала мощностей	132...320 кВт
Питающая сеть	3х380 В, +10%, -15%, 50 (60) Гц + 2%
Выходное напряжение	3х (0...380 В) + 2%, максимальное значение программируется
Выходная частота	0...400 Гц + 0, 05%, значения максимальной и минимальной частоты программируются
Ток перегрузки	120% номинального значения в течении 60 с
Коэффициент полезного действия	не менее 0, 95 (без двигателя)
Коэффициент мощности (сети)	не менее 0, 95
Сопротивление изоляции гальванически не связанных цепей и относительно корпуса	не менее 10 МОм
Электрическая прочность изоляции	2500 В, 50 Гц, в течении 1 мин.

Схема электрическая ПЧ

.

Заключение

В ходе данной работы был проанализирован асинхронный двигатель серии 4А.

Исходя из условий работы двигателя были произведены расчеты мощности и составления релейно-контакторной схемы для выбора предохранителей, токовых реле, магнитного пускателя, рубильника.

Для облегчения пускового режима двигателя предусмотрен пуск при помощи преобразователя частоты. Был выбран частотный преобразователь фирмы ТРИОЛ серии АТ 04, БЫЛ ПРОИЗВЕДЕН РАСЧЕТ И ВЫБОР пч исходя из особенностей АД.

Необходимые для реализации системы управления элементы автоматики приводятся в перечне элементов.

Список использованной литературы

1. Чунихин А.А. “Электрические аппараты”, Москва, Энергоатомиздат, 1988г.;

2. Сыромятников В.Я., Фомин Н.В., Сыромятникова Т.Н., “Электрические и электронные аппараты”, Магнитогорск, 2006г.;

3. Лукин А.Н. “Шаг за шагом”, Магнитогорск, 2006.

4. Кравчик А.Э. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник.

5. Защита от поражения электрическим током. Общие положения по безопасности, обеспечиваемой электрооборудованием и электроустановками в их взаимосвязи. ГОСТ Р МЭК 61140-2000. М.: - Госстандарт России.

6. Технический каталог. Электрические машины. Из-во. Владимировский электромоторный завод (ресурс кафедры ЭТЭО).

Перечень элементов к схеме