Что такое режим рекуперации в асинхронных двигателях - Авто журнал "Гараж"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое режим рекуперации в асинхронных двигателях

Рекуперация электрической энергии и ее использование

Традиционным способом избавления от лишней энергии, выделяемой в преобразователях частоты во время торможения управляемых ими асинхронных двигателей, было рассеивание оной в форме тепла на резисторах. Тормозные резисторы применялись везде, где имела место высокая инерция нагрузки, например в центрифугах, на электротранспорте, на нагрузочных стендах и т. п.

Такое решение было необходимостью, чтобы ограничить максимальное напряжение на зажимах преобразователей в режиме торможения. Иначе бы частотные преобразователи выходили из строя, ведь было бы невозможно контролировать параметры разгона и торможения.

Тормозные резисторы не обременяли экономически оборудование, но некоторые неудобства за собой неизменно влекли. Резисторы габаритны, сильно разогреваются, нужна защита от влаги и пыли. И все это связано лишь с тем, что нужно рассеять впустую энергию, за которую предприятие платит деньги, и деньги не малые, если тем более речь о крупном производстве.

Летом особенно нежелателен дополнительный нагрев окружающего воздуха, ведь технологическое оборудование и так нагрето теплым воздухом, а тут еще и резисторы, прогретые до 100 градусов и выше. Нужна дополнительная вентиляция — снова расходы.

Но есть и другой путь. Зачем рассеивать энергию впустую? Можно вернуть ее в сеть обратно, и так сэкономить энергозатраты. Тут то и приходят на помощь системы рекуперации электроэнергии.

Безусловно, частотные преобразователи сегодняшнего дня сильно сокращают потребление электричества оборудованием, благодаря оптимизации способа питания двигателей различного технологического оборудования, и это экономит ресурсы. Но применение рекуперации еще более наращивает экономию. Энергия может не рассеиваться на резисторах при торможении, а возвращаться в сеть с учетом текущих параметров сети.

На сегодняшний день ведущие производители промышленных механизмов и оборудования уже внедряют такие системы на электротранспорте: для троллейбусов, электропоездов, эскалаторов, трамваев, наконец — для электрокаров.

Как же работает система рекуперации? Источник переменного тока, питающий двигатель или другую установку, должен суметь принять энергию назад. Для этого вместо обычного выпрямителя применяется преобразователь с широтно-импульсной модуляцией. Такой преобразователь в состоянии направлять потоки мощности как от источника к потребителю, так и от потребителя к источнику. Данный путь позволяет довести коэффициент мощности до единицы.

Типичный IGBT-каскад частотного преобразователя, работающий в режиме рекуперации, сначала представляется как выпрямитель синусоидального тока, однако при торможении он генерирует сигнал с широтно-импульсной модуляцией, при котором направление тока, при напряжении на зажимах выше определенного уровня, оказывается направленным не от сети, а к сети из цепи потребителя.

Разница напряжений питающей сети и цепи нагрузки прикладывается к рекуперационному индуктору. Индуктивность блокирует высокочастотные гармоники, и получается почти чистый синусоидальный ток, здесь не требуется синхронизирующего оборудования, достаточно подать три тестирующих импульса от ШИМ-модулятора в сеть, чтобы определить частоту и фазу напряжения в текущий момент.

Примером могут служить частотные преобразователи с системой рекуперации фирмы Control Techniques, которые служат в частности на заводах Lamborghini и Nissan для питания стендов динамических испытаний, а также на эскалаторах и в различных металлургических решениях.

Суть везде одна и та же — создается двунаправленный поток энергии как к потребителю из сети, от источника, так и из потребителя к сеть. При проектировании рекуперационных систем учитывают рад факторов: диапазон сетевого напряжения, номинал оборудования и коэффициент мощности, максимальная мощность с учетом перегрузки, уровень потерь.

Схема, приведенная на рисунке, демонстрирует одномоторное решение, где привод двигателя и привод рекуператора представлены каждый в одном экземпляре, их номиналы равны. Но порой случаются перегрузки двигателя, и тогда требуется более мощный привод рекуперации, дабы покрыть нижний предел по напряжению и потери в двигателе.

По такому же принципу обеспечивается работа нескольких двигателей с несколькими моторными приводами, при этом ставится один мощный привод рекуперации, способный пропустить через себя суммарную мощность для всех двигателей системы с учетом возможности одновременного торможения всех двигателей.

Для ограничения пускового тока в системах с несколькими двигателями, когда шины постоянного тока объединены, применяют тиристорные модули, подключаемые при помощи контакторов к заряжаемым постоянным током конденсаторам преобразователя. После заряда конденсаторов тиристорный модуль отключается. Очевидно, системы рекуперации конфигурируются по разному, и проектируются индивидуально.

Говоря о рекуперации, нельзя не вспомнить о системах рекуперативного торможения, применяемых в современных гибридных двигателях автомобилей, где основой служит путь электрической рекуперации кинетической энергии.

Всегда, когда автомобиль движется, проявляется кинетическая энергия. Но при торможении в традиционном виде, избыток энергии просто теряется в форме тепла, тормозные колодки трутся о тормозные диски, расходуя кинетическую энергию впустую, нагревая фрикционный материал и металл, отдавая тепло в конечном итоге окружающему воздуху. Это очень расточительный подход.

Система рекуперативного торможения не расходует кинетическую энергию просто на трение, чтобы затормозить. Вместо этого используется включенный в трансмиссию электродвигатель, который начинает при торможении работать как генератор, преобразовывая момент на валу в электроэнергию, заряжающую аккумуляторную батарею, а тормозящий момент ротора, возникающий в генераторном режиме, как раз и дает автомобилю желанное торможение. Запасенная в аккумуляторе таким образом энергия через некоторое время вновь служит для движения автомобиля, то есть используется повторно.

Рекуперативное торможение позволяет по максимуму использовать доступный ресурс каждого заряда аккумулятора, и топливо сильно экономится. Поскольку при торможении 70% кинетической энергии приходится на переднюю ось, то и систему рекуперации монтируют именно на передней оси, чтобы более эффективно сохранять энергию.

Наибольшая эффективность рекуперативного торможения достигается на высоких скоростях движения, а при низких скоростях эффективность системы падает. По этой причине наряду с рекуперационным торможением так или иначе фрикционная тормозная система присутствует. Совместная работа двух систем обеспечивается электронным контроллером.

Контроллер реализует ряд функций: контролирует скорость вращения колес, поддерживает правильный тормозящий момент, распределяет тормозное усилие между рекуперационным и фрикционным тормозом, поддерживает приемлемый для оптимального заряда батареи крутящий момент.

Разумеется, прямой механической связи между педалью тормоза и фрикционными колодками в таких автомобилях нет. Электронный блок обеспечивает правильное взаимодействие ABS, системы курсовой устойчивости, системы распределения тормозных усилий и усилителя экстренного торможения между собой.

Способы и схемы торможения электродвигателей

Торможение электродвигателя применяют, если необходимо сократить время свободного выбега и фиксацию механизма в конкретном положении. Существует несколько видов принудительной остановки устройства. Это механическое, электрическое и комбинированное. Механическое устройство представляет собой тормозной шкив, закрепленный на валу, с колодками. После отключения устройства колодки прижимаются к шкиву. За счет трения кинетическая энергия преобразуется в тепловую, т.е. происходит процесс торможения. Остальные способы и схемы торможения электрического двигателя будут рассмотрены далее в статье.

  • Способы электрического торможения электроприводов
  • Противовключения
  • Динамическая остановка электропривода
  • Режимы торможения моторов постоянного тока
  • Рекуперативное торможение электрических машин
  • Режим рекуперации в асинхронных электрических машинах
  • Комбинированный режим

Способы электрического торможения электроприводов

Для того чтобы быстро остановить устройство или обеспечить постоянную скорость вращения используют электрические способы остановки. В зависимости от схемы включения тормозные режимы подразделяют на:

  • противовключения;
  • динамический;
  • рекуперативный.

Противовключения

Режим противовключения применяется при необходимости быстрой остановки механизма. Представляет собой смену полярности на обмотке якоря двигателя постоянного тока или переключения двух фаз на обмотках асинхронного электродвигателя.

Читать еще:  Батарея для запуска двигателя зимой

В этом случае ротор вращается в противоположном направлении магнитного поля статора. Вращение ротора замедляется. При скорости вращения близкой к нулю с реле контроля скорости поступает сигнал, отключая механизм от сети.

На нижеприведенном рисунке представлена схема противовключения асинхронного электромотора.

После переключения обмоток возникает повышенное действующее напряжение и увеличение тока. Для его ограничения, в обмотки ротора или статора устанавливают дополнительные резисторы. Они ограничивают токи в обмотках в режиме торможения.

Динамическая остановка электропривода

Этот способ применяют на асинхронных машинах, подключенных к сети переменного тока. Он заключается в отключении обмоток от сети переменного напряжения и подачи постоянного тока на обмотку статора.

На вышеприведенном рисунке представлена схема торможения трехфазного двигателя постоянным током.

Подача постоянного напряжения осуществляется с помощью понижающего трансформатора для динамического торможения. Пониженное переменное напряжение преобразуется в постоянное диодным мостом и подается на статорную обмотку. Для торможения электромотора может применяться дополнительный источник постоянного тока.

При этом ротор может быть выполнен в виде «беличьей клетки» или ее обмотку подключают к добавочным резисторам.

Постоянное напряжение создает неподвижный магнитный поток. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, т.е. электромотор переходит в режим генератора. Возникающая электродвижущая сила рассевается на обмотке ротора и добавочных резисторах. Создается тормозной момент. В момент остановки механизма постоянное напряжение отключается по сигналу реле скорости.

Механизмы, где применяется электродвигатель с самовозбуждением, динамическую остановку выполняют с помощью подключения конденсаторов. Они соединяются треугольником или звездой.

Схема приведена на нижеприведенном рисунке.

На выбеге остаточная энергия магнитного поля переходит в заряд конденсаторов, а затем она питает обмотку статора. Возникающий тормозной эффект останавливает механизм. Конденсаторная батарея может быть подключена постоянно или подсоединяться в момент отключения от сети. Такая схема получила название «конденсаторное торможение асинхронного двигателя».

Если необходимо быстро остановить двигатель, то после отключения от сети, замыкают контакты накоротко без гасящих резисторов. При соединении обмоток закорачиванием в них возникают большие токи. Для уменьшения токов к обмоткам подключают токоограничивающие резисторы.

На нижеприведенном рисунке представлена схема с токоограничивающими резисторами.

Режимы торможения моторов постоянного тока

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется после отключения его от сети с замыканием обмотки ротора на тормозной реостат. Выделенная электрическая энергия рассеивается на реостате.

На вышеприведенном рисунке представлены схемы реостатного торможения двигателя постоянного тока.

Рекуперативное торможение электрических машин

Рекуперативное торможение электродвигателя характеризуется переводом двигателя в генераторный режим. При этом вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть или используется для подзарядки аккумулятора.

Этот режим широко применяется в электровозах, электричках, трамваях и троллейбусах. В момент торможения, вырабатываемая электроэнергия возвращается в электрическую сеть.

Режим рекуперативного торможения применяется для подзарядки аккумуляторов в гибридных автомобилях, электромобилях, электросамокатах, электровелосипедах.

Этот режим является наиболее экономичным и возможен при условии: если частота вращения ротора превышает частоту вращения холостого хода. Это условие выполняется, когда ЭДС электродвигателя превышает напряжение питающей сети. А ток якоря и магнитный поток меняют свое направление. Электрическая машина переходит в генераторный режим, возникает момент торможения.

На рисунке представлена схема торможения тягового двигателя а) с независимым возбуждением и стабилизирующим сопротивлением, б) с противовозбуждением возбудителя.

Режим рекуперации в асинхронных электрических машинах

Режим рекуперации применяется не только в двигателях постоянного тока. Его можно применять и в асинхронных двигателях.

При этом такой режим возможен в следующих случаях:

  1. Если изменить частоту питающего напряжения при помощи частотного преобразователя. Что возможно при условии питания асинхронного электродвигателя от устройства с возможностью регулирования частоты питающей сети. Эффект торможения наступает при уменьшении частоты питающего напряжения. При этом переход в генераторный режим происходит, когда скорость вращения ротора становится больше номинальной (синхронной).
  2. Асинхронные машины, которые конструктивно имеют возможность переключения обмоток, для изменения скорости.
  3. В грузоподъёмных механизмах, где применяется силовой спуск. В них монтируется электромотор с фазным ротором. В этом случае скорость регулируется с помощью изменения величины резистора, подсоединяемого к обмоткам ротора. Магнитный поток начинает обгонять поле статора, а скольжение становится больше 1. Электромотор переходит в режим генератора, вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть, возникает тормозной эффект.

Комбинированный режим

Комбинированные тормозные режимы применяются в электрических машинах, если необходимо быстро остановить и зафиксировать механизм. Для этого используют механический блок торможения в комбинации с электрическим торможением. Комбинация может быть различной. Это может быть и электрическая схема с противовключением, динамическим и рекуперативным режимами.

Вот мы и рассмотрели основные способы и схемы торможения электродвигателей. Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Рекуперация энергии в сеть

На протяжении долгого времени, излишнюю энергию, накопленную в преобразователях частоты (ПЧ) при торможении ими асинхронных двигателей с высокоинерционной нагрузкой (ПТО, нагрузочные стенды, электротранспорт, намотчики, центрифуги и т.д.), рассеивали на специальных тормозных резисторах. Это было крайне необходимо для ограничения уровня напряжения на шинах постоянного тока преобразователей при работе в этих режимах. В противном случае, отказ от использования тормозных резисторов грозил бы выходом преобразователей частоты из строя или невозможностью задания необходимых временных рамп разгона и торможения управляемых механизмов.

Применение тормозных резисторов не сильно влияет на стоимость оборудования систем, однако, влечет за собой ряд определенных неудобств при их проектировании и эксплуатации, а именно: большие габариты тормозных резисторов, разогрев поверхности тормозных резисторов до температуры 100°С и выше, обязательная защита резисторов от попадания пыли и влаги и т.д. Но, самым неприятным в этом случае является то, что излишняя энергия преобразуется в ненужное тепло, за которое предприятие платит деньги. В теплое время года, когда температура в помещениях с технологическим оборудованием и так достаточно высокая, тормозные резисторы, подключенные к ПЧ, способствуют еще большему ее повышению. Это значит, что крайне необходима дополнительная вентиляция помещений или даже их кондиционирование, а это опять дополнительные затраты. Но, ведь можно не рассеивать излишнюю энергию на резисторы, а возвращать ее обратно в питающую сеть, обеспечивая экономию дорогостоящих энергоресурсов. Для этого используются системы рекуперации энергии.

Фактически доказано, что современные преобразователи частоты позволяют значительно сократить энергопотребление оборудования и оптимизировать различные технологические процессы, что в свою очередь ведет к экономии сырья и других ресурсов, а так же способствует улучшения качества конечного продукта. Но, с заменой систем частотного регулирования с использованием тормозных резисторов на системы с использованием рекуперации энергии в сеть, появилась возможность дополнительной экономии. Теперь, энергию, возникающую при торможении двигателей можно возвращать в питающую сеть, осуществляя полную корректировку ее параметров в соответствии с параметрами сети. Ведущие производители промышленного оборудования и механизмов уже широко применяют такие системы, такие системы нашли применение в электротранспорте (электропоезда, трамваи, троллейбусы, эскалаторы).

Немного физики. Для того чтобы накопленную мощность можно было возвращать в источник переменного тока, в качестве входного выпрямителя привода рекуперации используются преобразователи с ШИМ источником напряжения. Теперь поток мощности переменного тока может течь в любую сторону, током можно управлять и получить почти единичный коэффициент мощности. В случае работы преобразователя частоты в режиме рекуперации, каскад IGBT транзисторов (используемый в моторном приводе в качестве выходного каскада) работает как синусоидальный выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянное напряжение для питания системы. При интенсивном торможении двигателя и, как следствие, превышении напряжения на звене постоянного тока преобразователя частоты выше определенного уровня, каскад IGBT транзисторов ПЧ генерирует ШИМ — сигнал в сторону сети. Разница напряжений между фазным напряжением ШИМ и сетевым напряжением питания прикладывается к индуктивностям (индуктору рекуперации). Это напряжение содержит много высокочастотных гармоник, которые блокируются индуктивностью и на выходе ПЧ получается синусоидальный ток с малой примесью высших гармоник. Для синхронизации привода рекуперации с сетью не требуется дополнительного оборудования. Определение частоты и угла вектора сетевого напряжения происходит за счет подачи ШИМ — модулятором трех специальных тестирующих импульсов в питающую сеть.

Читать еще:  406 двигатель троит на прогретом двигателе

Одним из проверенных и эффективных решений по рекуперации энергии является применение частотных преобразователей Unidrive SP фирмы Control Techniques. Примеры их использования можно увидеть на стендах динамических испытаний автомобилей многих автомобильных заводов (Nissan, Ford, Lamborghini и др.), в металлургии, на эскалаторах, кранах, и т.д. Конфигурация такой системы может иметь несколько видов, но суть ее сводится к одному — организовать двунаправленный поток энергии в источник переменного электропитания и из него. При определении мощностей/ номиналов компонентов системы рекуперации нужно учитывать следующие факторы:

1. Изменение уровня сетевого напряжения

2. Номинальные ток двигателя, напряжение, коэффициент мощности

3. Максимальную мощность нагрузки и условия перегрузки

4. Потери в приводах и других компонентах

На рис.1 представлена общая схема система рекуперации при использовании одного моторного привода и одного привода рекуперации. Как правило, для такой системы моторный привод и привод рекуперации имеют одинаковые номиналы. Однако, при детальном расчете может выясниться, что характер нагрузки подразумевает работу моторного привода с перегрузкой, если при этом напряжение питания привода рекуперации находится на нижнем пределе, то он может не покрыть мощность выделяемую моторным приводом и потери в системе. Тогда необходимо использовать привод рекуперации большего номинала.

Рис.1 Система с одним приводом рекуперации и одним моторным приводом

На рис.2 представлена общая схема система рекуперации при использовании нескольких моторных приводов и одного привода рекуперации. В таких многоприводных конфигурациях привод рекуперации выбирается таким образом, чтобы выдать суммарную мощность всех моторных приводов, учитывая потери, включая собственные. В этом случае, конечно, нужно учитывать характер нагрузки для каждого моторного привода индивидуально, ведь возможен вариант одновременного торможения всех двигателей системы.

Рис.2 Система с одним приводом рекуперации и несколькими моторными приводами

При включении системы с несколькими приводами, объединенными по шине постоянного тока, необходимо ограничивать пусковой ток, поскольку электролитические конденсаторы в звене постоянного тока преобразователей частоты имеют малое сопротивление. Для этого применяется тиристорный выпрямительный модуль SPMC, который подключается контактором для заряда конденсаторов объединенной шины постоянного тока преобразвателей. После обеспечения плавного заряда шины до номинального напряжения, выпрямительный модуль SPMC отключается.

Как видно, система рекуперации предлагаемая Control Techniques может иметь различные конфигурации и может быть спроектирована индивидуально под конкретное применение.

Расчет режимов реостатного, реостатно-рекуперативного и рекуперативного торможения

Располагая набором предварительно рассчитанных регулировочных характеристик асинхронного генератора для различных фиксированных значений /, и /2, можно относительно просто определить режимы торможения. Вначале рассмотрим реостатное и реостатно-рекуперативное торможение применительно к двум вариантам включения тормозных резисторов (рис. 9.6): 1) три тормозных резистора включены последовательно с обмотками статора асинхронного генератора;

2) один тормозной резистор включен в звено постоянного тока преобразователя.

Уже отмечалось (см. с. 230), что первый вариант включения тормозных резисторов позволяет существенно увеличить тормозную мощность в зоне высоких скоростей без увеличения напряжения (/„ых на выходе автономного инвертора, что является ценным достоинством такого варианта. В этом случае для расчета параметров тормозного резистора используем регулировочную характеристику /,(1/і) при фиксированных значениях ^ и /, (см. рис. 9.4). На оси абсцисс наносим выходное напряжение инвертора ивых и проводим прямую, пересекающую характеристику /і(І/ж)

в точке К, абсцисса которой равна заданному значению напряжения на обмотках статора а ордината — току /. Сопротивление

Используя набор регулировочных характеристик для фиксированных значений абсолютного скольжения /2 и различных частот имеем возможность определить зависимость сопротивления резистора Я от частоты тока статора /, (или скорости торможения) при фиксированных значениях /2.

При (/„ы, « 0 получаем режим чисто реостатного торможения, а при ивых >0 торможение является реостатно-рекуперативным, причем по характеристике Р^и^), проведя вертикальную прямую из ТОЧКИ и ДО пересечения С кривой Рііі/і) в точке Р, можно найти мощность рекуперации Р = /((/ — ивых).

При условии Я = 0 напряжение ивих = 0 и получаем режим чисто рекуперативного торможения, причем мощность равна Р.

При втором варианте, т. е. прн установке тормозного резистора в звене постоянного тока, следует использовать регулировочные характеристики в функции напряжения 1!р (см. рис. 9.5, а) или в функции тока 1

Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями

  • ОТ АВТОРОВ
  • ВВЕДЕНИЕ
  • Предпосылки для яиедреммя и преимущества АТД
  • Режимы нагрузок АТД
  • Расчетные значения мощностей и вращающих моментов АТД
  • Требования эксплуатации к характеристикам АТД
  • Формирование вращающейся МДС статорной обмотки асинхронного двигателя, питающегося от преобразователя частоты
  • Требования к параметрам АТД
  • Режимы работы ЭПС
  • Электротягопю м тяговые характеристики АТД при частотном управлении и их расчет
  • Диапазон регулирования частоты и напряжения в режиме тяги
  • Критическое скольжение асинхронного тягового двигателя в начальной стадии пуска с учетом насыщения магнитной цепи
  • Основные требования к преобразователям частоты
  • Структурные схемы преобразователей частоты
  • Основные требования и »цементной базе преобразователей частоты
  • Входные преобразователи ЭПС постоянного тока
  • Входные преобразователи ЭПС переменного тока
  • Способы повышения энергетических показателей ЭПС с АТД
  • Основные соотношения для асинхронного двигателя при питании от автономного инвертора напряжения
  • Расчет элементов автономного инвертора напряжения и фильтра
  • Узлы принудительной коммутации автономного инвертора напряжения
  • Основные соотношения для асинхронного двигателя при питании от автономного инвертора тока
  • Расчет элементов автономного инвертора тока
  • Автономные инверторы тока для электроподвижного состава
  • Форма фазных токов и напряжений при питании асинхронного тягового двигателя от преобразователя частоты
  • Основные соотношения менаду параметрами режима и параметрами конструкции АТД
  • Составляющие алектромагиитиого момента в асинхронном тяговом двигателе
  • Добавочные потерн от временных гармоник напряжения н тока
  • Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности АТД
  • Статическая устойчивость асинхронных тяговых двигателей
  • Особенности конструкции асинхронных тяговых двигателей
  • Особенности проектирования АТД
  • Особенности электромагнитных процессов в силовых цепях
  • Влияние свойств источнике питания на характеристики АТД
  • Расчет электромеханических характеристик асинхронной машины в генераторном режиме работы
  • Тормозные характеристики асинхронной машины
  • Регулировочные характеристики асинхронного генератора
  • Расчет режимов реостатного, реостатно-рекуперативного и рекуперативного торможения
  • Устойчивость работы тяговой асинхронной машины в генераторном режиме
  • Перевод асинхронной машины в генераторный режим
  • Использование автономного инвертора напряжении с тиристорами в цепях обратного тока при реализации генераторного режима работы асинхронной машины
  • Принципы рационального управлении тяговыми асинхронными двигателями и структура системы управления
  • Система регулирования частоты
  • Система регулирования напряжения
  • Условия параллельной работы асинхронных тяговых двигателей
  • Параллельная работа автономных инверторов напряжения
  • Тяговые свойства ЭПС с асинхронными тяговыми двигателями
  • Электромагнитные процессы при аварийных режимах
  • Защита полупроводниковых преобразователей от перенапряжений и саерхтоков
  • Отечественный опыт создания алектровозов с асинхронными тяговыми двигателями
  • Зарубежный опыт создания ЭПС с асинхронными тяговыми двигателями
Читать еще:  Что делают поршни в двигатели
Электродинамический тормоз электровозов ЧС2 Т и ЧС200

Рассмотрены устройство и работа основного электронного оборудования, применяемого в электродинамическом (реостатном) тормозе системы «Шкода». Применительно к электродинамическому тормозу электровозов ЧС2 Т и его модификации на скоростном электровозе ЧС200

Рекуперативный электропривод металлургического крана

К электроприводам подъемных кранов предъявляются наиболее жесткие требования. Использование специализированных систем регулируемого электропривода позволяет повысить скорости перемещения и точность останова груза, за счет ограничения рывка и ускорения обеспечить отсутствие ощутимых толчков при старте и останове, увеличить срок службы основных механических узлов – тяговых тросов, тормозных колодок, редукторов, подвески противовеса.

Подъемно-транспортные механизмы предъявляют к электроприводу ряд специфических требований:

  1. Способность развивать более чем номинальный вращающий момент во всем динамическом диапазоне изменений скорости, начиная с нулевой, и во всех четырех квадрантах плоскости механических характеристик как при использовании датчика частоты вращения (положения) ротора двигателя, так и в бездатчиковом варианте.
  2. Высокое быстродействие в процессах отработки возмущений, позволяющее «подхватывать» висящий груз при его растормаживании.
  3. Наличие S-образного задатчика интенсивности.
  4. Функция управления тормозом и возможность гибкого интегрирования электропривода в систему управления краном, подъемником или лифтом.
  5. Возможность торможения с рекуперацией энергии в питающую сеть.
  6. Предварительная настройка системы управления на параметры двигателя и коррекция настройки (адаптация системы) в процессе работы электропривода.
  7. Необходимый набор защит от перегрузок, способных привести к аварии.

Серия преобразователей частоты «ЭРАТОН-М5» обеспечивает адаптивное бездатчиковое векторное управление АД или СДПМ. Преобразователи данной серии находят свое применение в качестве регулируемых электроприводов подъема кранов и шахтных подъемных устройств, обеспечивая диапазоны регулирования скорости не ниже 50:1.

Особенности кранового электропривода «ЭРАТОН-М5»
  • Крановые частотно-регулируемые электроприводы с прямым цифровым управлением предназначены для использования в механизмах подъема мостовых, козловых и других видов подъемных кранов, предъявляющих высокие требования к перегрузочной способности на низких скоростях и динамичности по возмущающему воздействию – активному моменту сопротивления нагрузки.
  • Могут применяться при модернизации электроприводов кранов на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором, не имеющих на валу датчиков положения (частоты вращения).
  • Благодаря созданному специалистами ЗАО «ЭРАСИБ» бездатчиковому векторному алгоритму управления достигаются максимальные моменты от 160 до 250% от номинального при ограничении тока двигателя и полосе пропускания частот системы регулирования скорости от 2,5 до 25 Гц.
  • В сочетании с устройством рекуперативного выпрямления или при оснащении балластным резистором обеспечивают глубокое регулирование скорости во всех четырех квадрантах плоскости механических характеристик.
  • Выполняют настраиваемые функции логического управления исполнительными устройствами крана, в частности – тормозом.
  • Обеспечивают автоматическую самонастройку на двигатель и механизм, а также адаптацию к тепловому режиму двигателя.
  • Имеют до восьми предустанавливаемых скоростей движения в каждом направлении, задаваемых логическими сигналами.
  • Кроме стандартного набора защит, реализуют интеллектуальную защиту от перегрузки механизма подъема и обусловленной ей возможности падения груза. Срабатывание защиты обеспечивает надежное наложение тормоза при распознавании аварийной ситуации.
  • Имеют повышенную помехоустойчивость благодаря использованию оптоэлектронных устройств связи контроллера с драйверами силовых транзисторов.

Пример применения рекуперативного электропривода на штыревом кране-манипуляторе

Предприятие: ОАО «Братский алюминиевый завод» (ОАО «БрАЗ»), цех №25.

Назначение крана
  • перестановка штырей (электродов), корзин со штырями;
  • перевозка расплавленного алюминия.

Оборудование электропривода крана
  • асинхронные электродвигатели с фазным ротором (АДФР) типа МТН и 4МТМ, асинхронные электродвигатели с КЗ ротором (АД);
  • преобразователи частоты (ПЧ) «ЭРАТОН-М5» производства ЗАО «ЭРАСИБ».

При оснащении крана преобразователями частоты замена электродвигателей не производилась. Цепи ротора АДФР замкнуты накоротко в клеммных коробках.

Состав электропривода крана
  1. Электропривод передвижения тележки – два АД по 5 кВт, один ПЧ 10 кВт.
  2. Электропривод передвижения кабины – один АД 4 кВт, один ПЧ 4 кВт.
  3. Электропривод передвижения крана – четыре АДФР (МТН 312-6) по 15 кВт, один ПЧ 60 кВт.
  4. Электропривод вращения штанги – один АД 15 кВт, один ПЧ 15 кВт.
  5. Электропривод главного подъема (штанги) – один АДФР (4МТМ 280 L10) 75 кВт, один ПЧ 75 кВт.
  6. Два электропривода вспомогательного подъема – два АДФР (4МТМ 225 L6) по 55 кВт, два ПЧ по 55 кВт.

Структурная схема рекуперативного электропривода штыревого крана-манипулятора

Электропривод штыревого крана-манипулятора питается от низковольтной (0,4 кВ) трехфазной сети 50 Гц. Структурно электропривод крана содержит общий реверсивный преобразователь переменного напряжения питающей сети в постоянное напряжение (рекуператор) и семь инверторов напряжения (И1…И7), которые преобразуют постоянное напряжение рекуператора в регулируемое по амплитуде и частоте переменное трехфазное напряжение, подаваемое на электродвигатели.

Рекуператор обеспечивает преобразование переменного напряжения в стабилизированное постоянное напряжение и передачу активной мощности из сети в нагрузку в двигательном режиме работы электропривода и из нагрузки в питающую сеть – в тормозных режимах работы электропривода. За счет этого каждый электропривод имеет возможность работать в четырех квадрантах механической характеристики и экономить электроэнергию за счет возврата электроэнергии с вала электродвигателей в питающую сеть в тормозных режимах.

Каждый из семи инверторов (И1…И7) представляет собой электропривод с цифровой микропроцессорной системой управления без датчика положения и скорости. Каждый инвертор обеспечивает плавный безударный пуск электродвигателей до скорости, определяемой сигналами задания, регулирование скорости электродвигателей при изменении сигналов задания, стабилизацию скорости электродвигателей при изменении возмущающих факторов, диагностику аварий и защиту электродвигателей, защиту ПЧ, управление механическими тормозами.

На электроприводах перемещения (И1…И4) использованы общепромышленные преобразователи частоты «ЭРАТОН-М5». На электроприводах главного и вспомогательного подъема (И5, И6, И7) – крановые преобразователи «ЭРАТОН-М5».

Электропривод по рассмотренной структуре установлен и успешно работает на трех штыревых кранах-манипуляторах в цехе №25 ОАО «Братский алюминиевый завод». Первые электроприводы были выполнены на базе ПЧ «ЭРАТОН-М4» в 2001 году, в 2007 году была выполнена модернизация с заменой аналоговых ПЧ «ЭРАТОН-М4» на цифровые «ЭРАТОН-М5».

Применение асинхронного частотно-регулируемого электропривода с рекуператором электроэнергии на штыревом кране-манипуляторе обеспечило:

  • безударное регулирование скорости, ускорения, моментов и усилий механизмов крана;
  • автоматическую защиту от превышения предельно-допустимой массы груза;
  • защиту электродвигателей;
  • плавное торможение без участия механических тормозов;
  • безударное наложение механических тормозов для фиксации положения;
  • экономию электроэнергии;
  • потребление из сети только активной мощности;
  • улучшение условий работы оператора крана;
  • уменьшение эксплуатационных затрат на ремонт оборудования крана.

Оборудование электропривода крана-манипулятора эксплуатируется в тяжелых условиях: диапазон температур в цехе -40…+60С, наличие токопроводящей пыли, паров фтора и т. д. Для надежной работы оборудования преобразователи выполнены со степенью защиты IP54 для УХЛ3.1.

Работа крана-манипулятора с рекуперативным частотно-регулируемым электроприводом:

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector