Характеристики разгона асинхронного двигателя

Расчет энергетических параметров пуска асинхронного двигателя дутьевого вентилятора типа ВДН-18–11

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 07.02.2017 2017-02-07

Статья просмотрена: 1719 раз

Библиографическое описание:

Хашимов, А. А. Расчет энергетических параметров пуска асинхронного двигателя дутьевого вентилятора типа ВДН-18–11 / А. А. Хашимов, Бегмат Режепгулыевыч Нуржанов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 5 (139). — С. 57-60. — URL: https://moluch.ru/archive/139/39078/ (дата обращения: 12.09.2021).

Расчет энергетических параметров пуска асинхронного двигателя дутьевого вентилятора типа ВДН-18–11

Хашимов Арипджан Адилович, доктор технических наук, профессор, научный руководитель;

Нуржанов Бегмат Режеповгулович, магистр

Ташкентский государственный технический университет имени Абу Райхана Беруни (Узбекистан)>>>

Рассмотрены основные способы плавного пуска асинхронных двигателей и определены области их применения, определены электрические и энергетические параметры, время переходного процесса во время плавного пуска частотно-регулируемого асинхронного двигателя при условии постоянства частоты с регулированием напряжения статора.

Ключевые слова: прямой пуск, плавный пуск, частотно-регулируемый асинхронный двигатель, электрические и энергетические параметры, время пуска

The basic methods of the smooth starting of asynchronous engines are considered and their application domains are certain and electric and power parameters are certain, time of transient during the smooth starting of the frequency-managed asynchronous engine subject to condition constancy of frequency with adjusting to tension of stator.

В котельных агрегатах типа ТГМ151 Тахиаташской ТЭС для смещения природного газа с воздухом в топке используются центробежные дутьевые вентиляторы типа ВДН-18–11. В качестве приводного двигателя используется асинхронный двигатель с к. з. ротором типа 4А355М6У3 [1].

Выбор способа пуска асинхронного двигателя (АД) дутьевых вентиляторов является актуальной задачей, стоящей перед проектировщиками и эксплуатационниками электроприводами дутьевых вентиляторов, поскольку во время пуска АД наблюдается скачок изменения пускового тока в несколько раз по сравнению с номинальным его значением. При значительном времени периода пуска можно наблюдать перегрев обмотки статора, что может привести к выходу из строя изоляции обмотки статора [2, 4].

При пуске АД с к. з. по возможности должны удовлетворяться основные требования: процесс пуска должен осуществляться без сложных пусковых устройств; пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые токи — по возможности малыми. Иногда к этим требованиям добавляют и другие, обусловленные особенностями конкретных приводов, в которых используют двигатели: необходимость плавного пуска, максимального пускового момента и пр.

Для пуска АД используются следующие способы пуска: прямой и при пониженном напряжении обмотки статора [2, 4].

Прямой пуск. Этот способ применяют для пуска АД с к. р. Двигатели этого типа обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети, возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины.

В АД с к. з. L/R (где L-индуктивность и R-активное сопротивление обмотки статора) сравнительно мало, поэтому переходный процесс в момент включения характеризуется весьма быстрым затуханием свободного тока. Это позволяет пренебречь свободным током и учитывать только установившееся значение тока переходного процесса.

Пуск при пониженном напряжении. Такой пуск применяют для АД с к. з. большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения может осуществляться следующими путями:

а. переключением обмотки статора с помощью переключателя с нормальной схемы Δ на пусковую схему Y. При этом напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора, уменьшается в √3 раз, что обусловливает уменьшение фазных токов в √3 раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальной частоты вращения обмотку статора переключают обратно на нормальную схему;

б. включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных активных (резисторов) или реактивных (реакторов) сопротивлений.

При этом на указанных сопротивлениях создается некоторое падение напряжения ΔU_ДОБ, пропорциональное пусковому току, вследствие чего к обмотке статора подается пониженное напряжение. По мере разгона двигателя снижается ЭДС Е₂_S, индуцированная в обмотке ротора, а, следовательно, и пусковой ток. В результате уменьшается падение напряжения ΔU_ДОБ на указанных сопротивлениях и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение. После окончания разгона добавочные резисторы или реакторы замыкаются накоротко.

в. подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор АТр, который может иметь несколько ступеней, переключаемых в процессе пуска соответствующей аппаратурой.

Недостатком указанных методов пуска путем понижения напряжения является значительное уменьшение пускового и максимального моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения, поэтому их можно использовать только при пуске двигателей без нагрузки.

Из приложенных способов пуска частотно-регулируемого АД является понижение подаваемого напряжения в статорную обмотку при постоянстве ее частоты, равной номинальному его значению, так как на выходе в частотно-регулируемом преобразователе частоты напряжения и частота отдельно и независимо регулируются. Для пуска вхолостую АД с регулируемой частотой дутьевого вентилятора выбираем последний способ пуска, то есть при постоянстве частоты и регулируемого значения на выходе управляемого выпрямителя .

Определим потери мощности АД дутьевого вентилятора для номинального режима. Номинальные технические параметры АД дутьевого вентилятора типа 4А355М6У3 имеют следующие значения: мощность Р_Н = 200 кВт, n_H = 990 об/мин., номинальное напряжение U_Н = 220/380 В, номинальное значение скольжения s_Н = 0,018, КПД = 94 %, коэффициент мощности 0,9, b_max = 1,9, b_пуск = 1,0, пусковой ток I_пуск = 7*I_Н.

Суммарные потери мощности АД определим по формуле

Принимаем добавочные потери в статоре и механические потери равными:

Определим значения тока статора для номинального режима работы асинхроного двигателя

Приведенный ток ротора примерно равен на

Определим потери в обмотке статора

Определим потери в роторе

Читать еще: Что обозначает двигатель mpi

Определим потери в стали статора

Определим из уравнения движения электропривода время разгона асинхронного двигателя, необходимое для достижения номинальной угловой скорости, при избыточном моменте, равном номинальному:

где время ускорения агрегата, равное времени изменения скольжения на единицу под действием неизменного избыточного момента, равного номинальному, момент инерции электропривода дутьевого вентилятора.

Определим потерии энергии в обмотке статора во время прямого пуска при номинальном значении напряжения асинхронного двигателя дутьевого вентилятора

Определим потери мощности АД дутьевого вентилятора для значения напряжения статорной обмотки . Поскольку развиваемый момент прямо пропорционально квадрату напряжения, можно определить электромагнитный момент и механическую мощность АД следующими формулами:

Суммарные потери мощности АД определим по формуле

Принимаем добавочные потери в статоре и механические потери равными

Определим значения тока статора для номинального режима работы асинхроного двигателя

Приведенный ток ротора примерно равен на

Определим потери в обмотке статора

Определим потери в роторе

Определим потери в стали статора

Определим из уравнения движения электропривода время разгона асинхронного двигателя при избыточном моменте, необходимое для достижения номинальной угловой скорости, при напряжении в статоре, равном 0,8U_н:

На рис. 1 представлены кривые тока статора асинхронного двигателя 4А355М6У3 при различных значениях напряжения статора, рассчитанные по методике [3].

Рис. 1. Кривые пускового тока АД типа 4А355М6У3 для значений напряжения статора: 1 — при и 2 —

Таким образом, при пуске АД дутьевого вентилятора для номинального значения напряжения и для напряжения соответственно имеют следующие значенияи , то есть пусковой ток уменьшается на .

Главное меню

left-menu

Вы здесь

К приводной технике можно отнести преобразователи частоты и устройства плавного пуска.

Применение данных устройств на производстве имеет множество преимуществ.

Преобразователи частоты

Частотные преобразователи реализованы на базе современных IGBT-транзисторных инверторов напряжения с ШИМ-управлением и многофункциональных микропроцессорных контроллеров. В основном служат для регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей. Они сочетают в себе уникальные качества, высокий технический уровень, надежность и невысокую цену. На базе преобразователей можно создавать гибкие системы электропривода и регулирования технологических параметров. Преобразователи легко встраиваются в существующие системы практически без останова управляемого технологического процесса, легко модифицируются и адаптируются в соответствии со всеми аспектами их применения.

Широкий диапазон мощностей и различные варианты систем управления позволяют подобрать решение для многих задач управления.

Преимущества применения частотных преобразователей

Плавное регулирование скорости вращения электродвигателя позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры, что значительно упрощает управляемую механическую (технологическую) систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные расходы

Частотный пуск управляемого двигателя обеспечивает его плавный без повышенных пусковых токов и механических ударов разгон, что снижает нагрузку на двигатель и связанные с ним передаточные механизмы, увеличивает срок их эксплуатации. При этом появляется возможность по условиям пуска снижения мощности приводных двигателей нагруженных механизмов.

Встроенный микропроцессорный ПИД-регулятор позволяет реализовать системы регулирования скорости управляемых двигателей и связанных с ним технологических процессов.

Применение обратной связи системы с частотным преобразователем обеспечивает качественное поддержание скорости двигателя или регулируемого технологического параметра при переменных нагрузках и других возмущающих воздействиях.

Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем может применяться для замены приводов постоянного тока.

Частотный преобразователь в комплекте с программируемым микропроцессорным контроллером может применяться для создания многофункциональных систем управления электроприводами, в том числе с резервированием механических агрегатов.

Применение регулируемого частотного электропривода позволяет сберегать электроэнергию устранением неоправданных ее затрат, которые имеют место при альтернативных методах регулирования с технологических потоков дросселированием, с помощью гидромуфт и других механических регулирующих устройств.

Экономия электроэнергии при использовании регулируемого электропривода для насосов в среднем составляет 50-75 % от мощности, потребляемой насосами при дроссельном регулировании. Это определило повсеместное внедрение в промышленно развитых странах регулируемого привода насосных агрегатов.

Применение устройств плавного регулирования частоты вращения двигателей в насосных агрегатах, помимо экономии электроэнергии, дает ряд дополнительных преимуществ, а именно:

плавный пуск и останов двигателя исключает вредное воздействие переходных процессов (типа гидравлический удар) в напорных трубопроводах и технологическом оборудовании;
пуск двигателя осуществляется при токах, ограниченных на уровне номинального значения, что повышает долговечность двигателя, снижает требования к мощности питающей сети и мощности коммутирующей аппаратуры;
возможна модернизация действующих технологических агрегатов без замены насосного оборудования и практически без перерывов в его работе.

Основные возможности

Частотные преобразователи позволяют регулировать частоту трехфазного напряжения питания управляемого двигателя.
Разгон и торможение двигателя осуществляется плавно, при необходимости по линейному закону от времени. Время разгона и (или) время торможения от 0,01 с до 50 мин.
Реверс двигателя, при необходимости с плавным торможением и плавным разгоном до заданной скорости противоположного направления.
При разгоне преобразователи могут обеспечивать до 160 % увеличение пусковых и динамических моментов.
В преобразователях предусмотрены настраиваемые электронные самозащиты и защиты двигателей от перегрузки по току, перегревах, утечках на землю и обрывах линий питания двигателей.
Преобразователи позволяют отслеживать с отображением на графической панели и формированием соответствующего выходного сигнала о заданном основном параметре системы — частоте питающего двигатель напряжения, скорости двигателя, ток или напряжение двигателя, состояние преобразователя и т.п.
В зависимости от вида нагрузки двигателей в преобразователях можно формировать требуемые вольт-частотные выходные характеристики.
В наиболее совершенных преобразователях реализовано векторное управление, позволяющее работать с полным моментом двигателя в области нулевых частот, поддерживать скорость при переменной нагрузке без датчиков обратной связи, точно контролировать момент на валу двигателя.

Области применения частотных преобразователей

На базе частотных преобразователей могут быть реализованы системы регулирования скорости следующих объектов:

насосов горячей и холодной воды в системах водо- и теплоснабжения, вспомогательного оборудования котельных, ТЭС, ТЭЦ и котлоагрегатов;
вентиляторы (тягодутьевые механизмы);
шламовые и пульповые насосы в технологических линиях обогатительных фабрик;
рольганги, конвейеры, транспортеры и другие транспортные средства;
дозаторы и питатели;
лифтовое оборудование;
дробилки, мельницы, мешалки, экструдеры;
центрифуги различных типов;
линии производства пленки, картона и других ленточных материалов;
оборудование прокатных станов и других металлургических агрегатов;
приводы буровых станков, электробуров, бурового оборудования;
электроприводы станочного оборудования;
высокооборотные механизмы (шпиндели шлифовальных станков и т.п.);
экскаваторное оборудование;
крановое оборудование;
механизмы силовых манипуляторов и т.п.

Читать еще: Что такое 16ти клапанный двигатель

Различные исполнения корпусов преобразователей частоты от IP00 до IP66 позволяют устанавливать их в самых тяжелых условиях и в помещениях с агрессивными средами.

Существенный экономический эффект дает применение частотных преобразователей для регулирования производительности насосных агрегатов и вентиляторов, которое традиционно выполнялось с помощью дросселирующих устройств на нагнетающих трубопроводах насосов. Регулирование дросселированием связано с энергопотерями на местных сопротивлениях, создаваемых регулирующими устройствами. Эти потери отсутствуют при управлении производительностью агрегатами путем регулирования скорости его приводного двигателя.

Системы управления на базе частотных преобразователей могут иметь любые технологически требуемые функции, реализация которых возможна как за счет встроенных в преобразователи программируемых контроллеров, так и дополнительных контроллеров, функционирующих совместно с преобразователями.

Устройство плавного пуска

Устройства плавного пуска и торможения представляет собой тиристорное переключающее устройства (регулятор напряжения по трем фазам), обеспечивающее плавный пуск и остановку трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Оно объединяет функции плавного пуска и торможения, защиты механизмов и двигателей, а также связи с системами автоматизации.

Область применения:

Насосы, вентиляторы и компрессоры.
Машины и механизмы с ременной, цепной и другими видами трансмиссий, редукторы и другие устройства.
Шлифовальные, металло- и деревообрабатывающие станки.
Транспортеры и конвейеры.
Тяжело нагруженные и инерционные механизмы.

Преимущества

Уменьшает пусковой ток.
Улучшает условия эксплуатации двигателя, пускозащитной аппаратуры и сети энергоснабжения.
Позволяет настраивать пусковой момент
Устройства плавного пуска Сокращает расходы на обслуживание.
Уменьшает потери после разгона благодаря шунтирующему контактору.
Осуществляет возможность каскадного пуска и останова нескольких двигателей одним устройствам плавного пуска.
Улучшает условия эксплуатации приводного механизма.
Возможность управления по интерфейсам RS232 и RS485.

Виды пуска

Пуск с начальным броском тока для получения повышенного пускового момента.
Плавный пуск с заданным токоограничением.
Пуск двигателя плавным увеличением напряжения с заданным темпом.

Виды торможения с устройствам плавного пуска

Остановка с заданной интенсивностью.
Динамическое торможение.

Защиты:

Время-токовая и максимально токовая защита двигателя
Защита от потери фазы
Защита от перегрева двигателя и преобразователя
Защита от затянувшегося запуска.

Основные характеристики устройства плавного пуска (УПП) синхронных и асинхронных двигателей:

электронная защита двигателя,
аналоговые устройства мягкого пуска и торможения,
регуляторы мощности, регуляторы напряжения
высоковольтный плавный пуск,
устройства плавного пуска коллекторных двигателей,
плавный пуск, плавный останов,
стабилизация и ограничение напряжения,
равномерное вращение, мягкий пуск электродвигателя,
повышение ресурса машины,
системы безударного пуска высоковольтных электродвигателей,
плавный пуск и выбег трехфазных асинхронных двигателей,
широкий угол охвата плавный пуск с заданным темпом пуска,
плавный пуск с ограничением пускового тока,
пуск с начальным импульсом тока,
поддержание давления на выходе насоса,
гибкое управление технологическим процессом,
ограничение пускового тока,
плавный пуск/останов насосных агрегатов,
плавный пуск и тепловая защита от перегрузок,
ограничение пускового тока

Приводная техника имеет большое количество дополнительных опций, например такие опции как синусный фильтр, фильтр du/dt фильтр гармоник, ферритовые кольца и многое другое. Данные опции применяются для различных ситуаций и используются для защиты питающей сети, кабельной трассы и электродвигателей.

Проекты, реализованные нашей компанией с применением преобразователей частоты и устройств плавного пуска, доказывают необходимость и эффективность использования данных устройств в любом сегменте промышленности, более подробно с выполненными решениями вы можете ознакомиться в разделе «реализованных проектов» (в кавычках ссылка на проекты)

Устройство плавного пуска

Статус технологии

рассмотрено НИУ «МЭИ»

Наименование фирмы

Полное название технологии

устройство плавного пуска

Короткое название технологии

устройство плавного пуска

Суть энергосберегающего эффекта

Софт-стартер (устройство плавного пуска) ДМС2 является усовершенствованным вариантом предыдущей модели ДМС и также, как его предшественник, предназначен для ограничения на минимально возможном уровне пускового тока асинхронного электродвигателя. Принцип действия софт-стартера заключается в регулировании действующего значения выходного напряжения (необходимого для поддержания заданного тока) при неизменной частоте выходного напряжения (50 Гц.).

Полное техническое описание, текст

При выборе модели софт-стартера необходимо учитывать данные используемого электродвигателя и характер нагрузки. Характеристики пуска в зависимости от используемого оборудования или решаемой задачи могут быть разделены на следующие категории:

· Легкий режим требует значения пускового тока Iмах не более 250% Iном, а полное время разгона до 10 сек.

· Тяжелый режим работы характеризуется наличием нагрузки, имеющей большее значение момента инерции и требующее значение пускового тока не менее 300% Iном и временем разгона при этом токе до 20 секунд.

· Очень тяжелый режим работы характеризуется большим значением момента инерции нагрузки, пусковым током порядка 400% Iном , временем разго- на при этом токе порядка 1мин. Для выбора модели софт-стартера необходимо руководствоваться таблицей на- грузки в зависимости от применения (табл.1., рекомендуемая) и таблицей выбора мо- дели в зависимости от типа нагрузки (табл.2., обязательная).

Устройства плавного пуска серии ДМС предназначены для плавного пуска и останова асинхронных двигателей мощностью 11 кВт – 400 кВт с номинальным напряжением питания 380 В, 50 Гц.

Выбор модели ДМС зависит от режима пуска механизма и номинального тока электродвигателя. При выборе ДМС номинальный ток электродвигателя не должен превышать расчетного тока для соответствующего режима пуска.

Читать еще: Что означает инжекторный двигатель

· Механизмы с легким и нормальным режимом пуска: насос центробежный, компрессор винтовой без нагрузки, вентилятор центробежный с закрытой заслонкой, строгальная машина и др.

· Механизмы с тяжелым режимом пуска: насос погружной, пресс, миксер высокоскоростной, лебедка, конвейер загруженный, пилорама, сепаратор для твердых тел, шнек и др.

· Механизмы с очень тяжелым режимом пуска: вентилятор высокого давления, дробилка щековая, компрессор поршневой под нагрузкой, мельница шаровая, насос поршневой и др.

Анализ экономической целесообразности внедрения устройств плавного пуска для двигателя 0,4кВ ( I ном=565 А, I пуск=4070 А, время пуска 5.5 с, время пускового броска 2.5 с) с использованием УУП ( ДМС2-550Н, 400 кВт, номинальный выходной ток 710 А, кратность токов 1.5 ) с числом пуском = 2000 в год показал окупаемость в 47 лет. При обосновании экономической целесообразности помимо пряго энергосберегающего эффекта рекомендуетсявключать в расчёт снижение эксплуатационных и ремонтных затрат на обслуживание электрического двигателя, возникающего как результат уменьшения износа электрических элементов из-за снижения пусковых токов.

Целесообразней использовать устройства плавного пуска для параллельного (одновременного) пуска нескольких двигателей.

Устройства плавного пуска двигателя

Напряжение:

Асинхронные электродвигатели, благодаря своим известным достоинствам, очень широко используются во всех отраслях промышленности и хозяйства для привода в движение самых различных механизмов.

Но одним из серьезных недостатков асинхронного электродвигателя является большой ток во время пуска механизма. Пусковой ток может превышать номинальный ток в 5 — 10 раз.

Ток с большими бросками может также возникнуть при торможении двигателя или при его реверсе. Это ведет к нагреву обмоток статора, а также к возникновению слишком больших электродинамических усилий в частях статора и ротора.

При пуске мощных машин и механизмов возникают ударные нагрузки на механическую часть привода, которые значительно сокращают срок службы оборудования, а порой могут привести к выходу его из строя.

Кроме того, в момент пуска существенно просаживается напряжение питающей сети, негативно влияющее на работу другого оборудования. Для исключения этого явления и его последствий в настоящее время используются устройства плавного пуска (софт-стартеры). Они позволяют снизить пусковой ток, обеспечить плавный пуск или торможение за заданный промежуток времени.

Современные цифровые устройства плавного пуска обладают большой функциональностью. Наряду с основным назначением они обеспечивают защиту двигателя от аварийных ситуаций, увеличивают срок службы исполнительных механизмов и самих электродвигателей.

С ними старт электродвигателя происходит с постепенным увеличением напряжения. Кроме этого, регулируется время разгона и время его торможения. Для того чтобы пониженное начальное напряжение не могло в электросхеме значительно снизить пусковой момент, его устанавливают в диапазоне 30 — 60% от номинального.

Необходимо отметить, что с применением софт-стартеров уменьшается количество реле и контакторов в электрической цепи. Они просты в монтаже и эксплуатации.

Мы предлагаем устройства плавного пуска ведущего мирового производителя Danfoss для любых механизмов в широком диапазоне мощностей.

0 0 голоса

Рейтинг статьи