Рекомендації щодо виконання. Для обґрунтування вибору системи регульованого ЕП турбомеханизму, що працює паралельно з іншими нерегульованими агрегатами

Для обґрунтування вибору системи регульованого ЕП турбомеханизму, що працює паралельно з іншими нерегульованими агрегатами, необхідно вміти оцінити вплив типу перетворювального пристрою на загальні втрати електричної енергії, що включають втрати в електродвигуні (ЕД) і втрати в перетворювальному пристрої.

Розглянемо два варіанти регульованого ЕП турбомашини: частотно-регульований ЕП і з фазовим керуванням напруги живлення ЕП.

Під статичними законами регулювання напруги і частоти, або, скорочено, законами частотного керування розуміють співвідношення між частотою і напругою, подаваними на статор асинхронного двигуна, що забезпечують відповідність характеристик двигуна характеристикам статичного навантаження. Оптимальні статичні закони забезпечують, крім того, мінімальні втрати у двигуні. Конкретний вид статичного закону визначається характером навантаження і вимогами до характеристик двигуна [1, 17].

Для надійної роботи електропривода необхідно, щоб максимальний момент двигуна завжди був більше ніж момент навантаження, тобто двигун мав достатню перевантажувальну здатність. Тому статичний закон частотного керування звичайно виводять з умови збереження перевантажувальної здатності за будь-якої швидкості або стосовно поточного значення моменту навантаження, або стосовно граничного розрахункового моменту.

Закон частотного керування з умови збереження перевантажувальної здатності при синусоїдальній формі напруги для ідеалізованого двигуна встановлений М. П. Костенком:

де М и М_н – електромагнітний та номінальний моменти двигуна; – напруга живлення при частоті мережі ; – напруга живлення при частоті мережі .

Відомі його окремі випадки для регулювання за граничним моментом:

а) під час постійного моменту навантаження

;

б) під час навантаження з постійною потужністю

;

в) під час вентиляторного навантаження

.

Фазове керування є різновидом параметричного, у цьому випадку амплітудного, що дозволяє змінити величину прикладеної до двигуна змінної напруги, яка є одним з параметрів, що визначають вид механічних характеристик [1].

Визначальними для асинхронної машини є втрати у міді статора і ротора, втрати в сталі статора від гістерезису і вихрових струмів, а також механічні втрати. Основними втратами у сталі ротора можна знехтувати, тому що під час абсолютному ковзанні, яке не перевищує номінального (що має місце у сталому режимі при частотному керуванні), вони малі [18].

Загальні втрати в асинхронному двигуні (АД) – сума втрат у міді, сталі й механічні втрати [18].

Під час використання нерегульованого електропривода маємо наступний розподіл втрат:

, (2.1)

де – втрати двигуна в міді статора; – втрати двигуна у сталі статора; – втрати двигуна у міді ротора; – втрати двигуна у сталі ротора; – механічні втрати.

Для номінального режиму досліджуваного двигуна:

. (2.2)

Втрати у міді двигуна:

, причому . (2.3)

Втрати у сталі двигуна:

, де через малість , маємо . (2.4)

Використовуючи [10], запишемо:

, , , , (2.5)

де – коефіцієнти, що залежать від конструкції двигуна і не залежні від способу регулювання його швидкості. При цьому для двигунів середньої та великої потужності ; ; [9, 10].

Втрати у міді двигуна визначимо з виразу:

, (2.6)

де – струм намагнічування двигуна.

Під час регулювання швидкості двигуна зміною живильної напруги, що підведено до обмотки статора, момент обертання двигуна пропорційний до квадрата напруги:

, (2.7)

де – фазна напруга статора; – активний опір статора, активний приведений опір ротора, індуктивний опір розсіювання статора і ротора відповідно; – ковзання двигуна; – відносна частота обертання АД.

У статичному режимі справедлива рівність моментів на валу:

,

або

. (2.8)

З останнього виразу знайдемо залежність фазної напруги статора від статичного навантаження і швидкості обертання двигуна :

. (2.9)

Залежність приведеного струму ротора під час роботи з навантаженням:

. (2.10)

Підставляючи рівняння (2.9), (2.10) до виразу (2.6) для , а також з огляду на те, що струм намагнічування прямо пропорційний до зміни фазної напруги , одержимо:

(2.11)

Підставляючи рівняння (2.9), (2.10) до виразу (2.6) для маємо:

. (2.12)

Під час роботи двигуна зі змінною частотою залежно від закону частотного керування вирази для і будуть мати різний вигляд:

- при : ; ;

. (2.13)

- при : ; ;

. (2.14)

Робота електропривода вигідна за того варіанта керування, де відсутнє перевантаження АД за гріючими втратами.

Приклад виконання самостійної роботи

Для асинхронного двигуна з параметрами:

- номінальна потужність двигуна – 800 кВт;

- ККД – 0, 95;

- лінійна напруга – 6 кВ;

- синхронна частота обертання – 1000 об/хв;

- номінальне ковзання – 1, 4 %;

- струм статора номінальний – 94, 5 А;

- активний опір статора – 0, 512 Ом;

- активний приведений опір ротора – 1, 08 Ом;

- індуктивний опір розсіювання – 6, 735 Ом,

визначити сумарні гріючі втрати потужності у системі асинхронного регульованого електропривода турбомеханізму з механічною характеристикою вигляду (де – коефіцієнт завантаження електричної машини; – номінальний момент турбомеханізму; – відносна поточна частота обертання; – відносна критична частота обертання двигуна регульованого турбомеханізму, що визначає крайню нижню межу необхідного діапазону регулювання) для різних варіантів керування – частотного керування із законами ; і фазового керування зміною величини подаваної напруги до статорних затискачів ЕД. Втрати в сталі та механічні втрати вважати незмінними. Розрахунок зробити для значень відносної частоти обертання , і n_k=0.91. Виконати обґрунтування доцільності застосування тієї чи іншої схеми реґульованого ЕП турбомеханізму.