WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

С целью исследование влияния высших гармоник напряжения на нагрев асинхронного двигателя с помощью разработанной методики тепловых процессов были рассчитаны зависимости температур от времени для различных гармоник (=5,7,11,13,15, составляющих 15% от основной гармоники). Эти зависимости представлены на рис.9. Из этих кривых видно, что наибольшее влияние на нагрев обмотки оказывает 5-ая гармоника напряжения.

Рис. 9. Зависимости температуры от времени при учете высших гармоник

Анализ литературных источников показывает, что примерно 10% частотно-регулируемых двигателей как в сельском хозяйстве, так и в промышленности работают в нестационарных режимах: режимах S2 и S4. Однако единого подхода к выбору двигателей для работы в этих режимах не существует, Как правило, подбор двигателя осуществляется по полуэмпирическим формулам, Оптимальность и рациональность конструкций асинхронных двигателей определяется тепловыми расчетами. Анализ опубликованных работ показал, что вопросу исследования тепловых процессов совместно с электромагнитными переходными процессами уделено недостаточно внимания. Не учитываются условия пуска, а также различные возмущения на валу двигателя. Поэтому разработана методика описания нестационарных тепловых процессов в частотно-регулируемых двигателях применительно к режимам S2 и S4 c учетом электромагнитных переходных процессов.

На рис. 10,б. представлена тепловая модель АД для режима S4, реализованная в системе MATLAB-SIMULINK. Время пуска и потери за время пуска, а также время работы и потери при этом рассчитываются заранее и вводятся в модель рис.10,а.

Рис 10,а. Управляющие сигналы для режима S4

Рис. 10,б. Математическая модель нестационарного нагрева АД

в режиме S4

Здесь период T = 240 с, время пуска Ts = 3% of T (7.2 с), время работы Tw = 30% of T (72 с), время охлаждения Tr = 67% of T (160.8 с).

Графики нагрева лобовой части обмотки для различных частот показаны на рис.11. Они позволяют определить допустимое число включений в час для режима работы S4 для заданного диапазона регулирования АД.

Рис.11. Графики нагрева лобовой части обмотки в режиме S4
для различных частот.

Нагрев лобовой части обмотки АД в режиме S2 показан на рис.12. С помощью этого графика, используя математическую модель нестационарного нагрева обмотки, можно определить допустимую мощность для заданного время работы электродвигателя в режиме S2.

Рис. 12. Кривые нагрева АД в режиме S2.

В четвертой главе рассматривается вопросы проектирования частотно-регулируемых асинхронных двигателей. Применение обычных методик проектирования без учета особенности роботы и соответствующих корректировки расчетных соотношений неправомерно. Специфика проектирование АД во многом определяется законом регулирования частоты и напряжения и заданным диапазоном регулирования скорости вращения ротора. Поэтому, в начале главы рассматривается особенности проектирования асинхронных двигателей с частотным регулированием.

Здесь необходимо отметить, что частотно-регулируемые АД не требуют глубоких пазов, а также частота и напряжения могут быть выбраны отличными от стандартных. Поэтому наиболее приемлемы является поход базирующиеся на определение расчетного момента и расчетный частоты. В зависимости от закона управления расчетная частота может быть равна либо минимальной, либо максимальной частоте диапазона регулирования. После выбора расчетных частоты, определяется напряжения и требуемый момент который должен обеспечивать АД при этих условиях. Затем определяется основные размеры. Проектирование АД осуществляется 3 этапа.

На первом этапе по требуемому моменту и частоте вращения определяются основные размеры АД. На втором этапе корректируются обмоточные данные и размеры пазовой зоны ротора. На третьем этапе производится тепловой расчет и рабочие характеристики. Разработана программа по проектированию, АД которая связывает геометрические размеры, обмоточные данные и характеристики материалов с основными выходными характеристиками двигателями.

В данной главе так же приведено исследование влияния размеров пазовой зоны, длины и число витков обмотке статора на энергетические показатели АД. Для этой цели была составлена компьютерная программа расчета пойка оптимальных параметров АД. Блок схема программа представлена на рис. 13.

По этой программе были просчитаны ряд асинхронных двигателей. На рис. 14 представлены различные варианты изменения размеров пазовой зоны ротора целю выбора оптимально. На рис. 15-16 представлены результаты расчета по определению оптимальных размеров АД.

Рис.13. Блок схема программы расчета оптимальных параметров АД.

Рис.14. Модификация пазов ротора частотно-регулируемых АД

Кривые рис.15 показывают, что

  • у двигателя мощностью 7,5кВт - при уменьшении зубца (bZ2) и ярма ротора (ha2) КПД увеличивается на 0,5%.
  • у двигателя мощностью 2,2кВт - в диапазоне уменьшения ярма ротора (ha2) на 5% и увеличении зубца (bZ2) на 5% получается максимальный КПД.

Выбор оптимальных чисел витков и длины пакета статора

Эти кривые рис. 16 показывают, что

  • у двигателя мощностью 7.5кВт - имеет максимальный КПД при уменьшении длины статора (ls) на 5% и при увеличении числа витков статора (Ws) на 5%.
  • у двигателя мощностью 2.2кВт - имеет максимальный КПД при увеличении числа витков статора(Ws) на 10%.

Еще одним из направлений повышения эффективности АД является использование медной клетки вместо алюминиевой. В 2001 г. это направление предложили специалисты УкрВНИИВЭ (г. Донецк), которые совместно с Первомайским электро­механическим заводом освоили технологию изготовле­ния медных литых короткозамкнутых обмоток ротором АД мощностью от 1,1 до 400 кВт. В серии взрывозащищенных АД, разработанной украинскими предприятиями, обеспечиваются уровни КПД ЕFF1 и ЕFF2 по нормам ЕС ЕРАСТ и ГОСТ Р 51677-2000. Оборудование и технология производства медных литых обмоток короткозамкнутых роторов созданы и используются также в Германии и США.

Результаты расчета АД мощностью 2.2 и 7.5 кВт, спроектированных с медными клетками, представлены в табл. 4.

Таблица.4.

Параметры

Мощность

алюминий

медь

Разница

КПД (%)

2,2кВт

79,2

81,7

+3,06(%)

7,5кВт

84,1

85,9

+2,1(%)

Cos ()

2,2кВт

0,82

0,81

-1,23(%)

7,5кВт

0,795

0,792

-0,38(%)

Потерь(кВт)

2,2кВт

0,555

0,492

-12,8(%)

7,5кВт

1,418

1,232

-15,1(%)

Ток статора(А)

2,2кВт

5,127

5,04

-1,73(%)

7,5кВт

17,008

16,677

-1,98(%)

Скольжение(o.e)

2,2кВт

0,048

0,026

-0,022

7,5кВт

0,0358

0,0174

-0,0184

Номинальный момент(Н.м)

2,2кВт

1

0,96

-4,17(%)

7,5кВт

1,05

0,97

-8,25(%)

Кратность пускового момента (o.e)

2,2кВт

1,401

0,944

-0,457

7,5кВт

1,15

0,724

-0,426

Кратность максимального момента (o.e)

2,2кВт

1,554

2,155

0,601

7,5кВт

1,916

2,106

0,19

Температура(C)

2,2кВт

72,275

62,861

-14,98(%)

7,5кВт

100,867

84,47

-19,41(%)

Из анализа результатов табл.4 следует, что КПД увеличивается на 2-3%. Рассмотренные примеры показывают высокую техническую и экономическую эффективность электродвигателей переменного тока, специально спроектированных и изготовленных для работы от вентильных преобразователей частоты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

  1. Разработана новая математическая модель асинхронного двигателя в фазной системе координат (а, в, с) статора и ортогональных.(,) ротора с учетом насыщения,вытеснения тока в обмотке ротора и потерь в стали.
  2. Разработана методика и программа расчета потерь при питании АД от несинусоидального источника напряжения.
  3. Разработана методика расчета тепловых процессов частотно-регулируемых АД для стационарных и нестационарных режимов работы, пригодная для использования в проектных расчетах. На основе математической модели составлены алгоритмы и программный комплекс для проведения тепловых расчетов на персональном компьютере.
  4. Приведенные расчеты по разработанной программе показали, что при уменьшении частоты питания температура АД возрастает, в результате увеличивается нагрев, и срок службы изоляции обмотки статора уменьшается.
  5. На основе проведенных теоретических исследований нестационарных тепловых режимов разработан подход к определению времени работы в кратковременном режиме S2 или числа включений в час в режиме S4, исходя из предельной температуры нагрева.
  6. Выявлены закономерности изменения допустимой по нагреву полезной мощности, которая снижается с уменьшением частоты питания при регулировании по закону U/f=const,. Данные расчета нагрева позволяют определить для заданного диапазона регулирования требуемый расчетный момент.
  7. Разработана методика и программа проектирования частотно-регулируемого АД, позволяющая спроектировать двигатель для заданного закона регулирования.
  8. Предлагается методика поиска оптимальных энергетических показателей асинхронного двигателя при изменении геометрических размеров пазовой зоны ротора, числа витков обмотки и длины статора.
  9. Проведено сравнение энергетических показателей и основных характеристик при выполнении короткозамкнутой клетки ротора из меди вместо алюминия. Показано, что использование меди в роторе увеличивает КПД двигателя на 2-3%.
  10. Выполненные расчеты показывает высокую техническую и экономическую эффективность асинхронных электродвигателей переменного тока, специально спроектированных и изготовленных для работы от вентильных преобразователей частоты.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»