Техника безопасности

При выполнении лабораторной работы студенты обязаны помнить о возможном поражении электрическим током, которое грозит как от низковольтной части аппарата (127–220 В), так и от высоковольтных цепей и необходимости соблюдения правил техники безопасности.

При работе с установками, питающимися электрическим током, запрещается:

1. Прикасаться к открытым токоведущим частям приборов, находящихся под напряжением.

2. Производить какие-либо измерения в схеме установок, находящихся под напряжением.

3. Включать приборы, находящиеся под напряжением, без разрешения преподавателя и без предупреждения всех работающих на данной установке.

4. Выполнять лабораторную работу без надзора сотрудников лаборатории.

5. Категорически запрещается открывать оградительные стенки и щитки пультов управления при работающей установке.

6. Оставлять без наблюдения лабораторную установку, находящуюся под напряжением.

При поражении электрическим током пострадавшему необходимо:

– сразу же обесточить аппаратуру;

– освободить пострадавшего от токоведущих частей;

– если быстро отключить оборудование нельзя, следует отделить пострадавшего от токоведущих частей, пользуясь при этом сухой палкой, веревкой, одеждой или другими сухими изоляторами;

– немедленно вызвать врача, до прихода его делать пострадавшему искусственное дыхание и массаж сердца.

Без ознакомления с правилами техники безопасности студенты к выполнению лабораторных работ не допускаются. Обязательство исполнять требования этой инструкции фиксируется в контрольном листе по технике безопасности под роспись.

Цель работы

Целью работы является ознакомление с конструкцией стенда и исследование режимов работы асинхронного двигателя с регулированием производительности с помощью ЧПР.

Домашнее задание

По лекциям и учебным библиографическим источникам изучить ключевые проблемы привода и регулирования нагрузки мощных насосных агрегатов ТЭС, подготовиться к выполнению работы.

Теоретическая часть

При большой глубине регулирования производительности насоса (50-100 %) его экономичность оказывает существенное влияние на расход э/э на собственные нужды станции.

Самым экономичным способом регулирования производительности насоса является регулирование изменением числа оборотов приводного электродвигателя насоса.

Среди всех электродвигателей наиболее экономичными, надежными и дешевыми являются асинхронные электродвигатели (АД) переменного тока. Существует два вида АД: АД с короткозамкнутым ротором (другое название АД с беличьей клеткой) и АД с фазным ротором (другое название АД с контактными кольцами). АД с фазным ротором (АД с ФР) более сложны по конструкции и, соответственно, более дорогие и менее надёжные, чем АД с короткозамкнутым ротором (АД с КЗР).

При этом АД с ФР имеют перед АД с КЗР то преимущество, что у них есть относительно простой способ регулирования скорости с помощью изменения добавочного сопротивления, включенного в цепь ротора, как показано на рис. 1. Такое регулирование называется реостатным регулированием.

Рис. 1. Схема включения АД с ФР при реостатном регулировании

Однако реостатное регулирование имеет и ряд существенных недостатков, основными из которых является снижение точности поддержания скорости при его регулировании и – самое главное- снижение КПД электродвигателя за счёт появления дополнительных потерь электроэнергии на этих добавочных реостатах.

Существует способ регулирования скорости (подходит и для АД с КЗР и для АД с ФР) с помощью изменения величины подводимого к статору переменного напряжения без изменения его частоты, так называемый параметрический способ регулирования. Регулирование величины напряжения на статоре достигается использованием преобразователей напряжения (ПН). Приемлемый диапазон регулирования скорости при таком способе регулирования возможен только при использовании замкнутых по скорости систем электропривода, как показано на рис.2.

Рис. 2. Схема параметрического регулирования скорости АД с КЗР

Однако при параметрическом регулировании возникает перегрев ротора. Этот перегрев в свою очередь приводит к расширению ротора и, как следствие, к уменьшению воздушного зазора между статором и ротором вплоть до его полного исчезновения, что приведет к «заклиниванию» ротора. Кроме этого, перегрев ротора приводит к перегреву (и расширению) вала двигателя, на котором установлены подшипники, а значит и к разрушению подшипников. Поэтому параметрический способ регулирования может использоваться только на очень короткое время, пока не произойдёт существенный перегрев ротора. В связи с этим параметрический способ регулирования не находит реального применения в системах электроприводов для регулирования скорости. Снижение же напряжения на обмотках статора в современное время находит применение в системах нерегулируемого по скорости асинхронного электропривода при пуске для снижения пусковых токов двигателя. Использование подобных решений целесообразно в связи с тем, что при прямом пуске (подаче напрямую напряжения сети на статор АД) пусковые токи достигают 5-8 кратной величины номинального тока АД. Такие броски тока при пуске неблагоприятно влияют как на сам АД, так и на питающие кабели, на коммутационную и защитную аппаратуру, а также на питающую электросеть. При этом в связи с тем, что пуск АД происходит за короткое время, то ротор не успевает значительно перегреться за время пуска.

Кроме изложенных способов регулирования скорости АД с КЗР для этой цели иногда используются специальные двигатели с переключением обмоток статора, изменяющим число пар полюсов, ступенчато регулирующие скорость. Эти двигатели тяжелы, дороги, привод требует дополнительной переключающей аппаратуры и в связи с этим проигрывает современному частотно-регулируемому электроприводу, который будет рассмотрен ниже.

Плавное регулирование числа оборотов асинхронного электродвигателя можно осуществить также за счет изменения частоты напряжения на статоре. Но исходя из вышеизложенного, АД с КЗР - самые распространенные электродвигатели - до недавнего времени использовались лишь в нерегулируемом электроприводе, поскольку практически единственная возможность эффективно регулировать скорость - изменять частоту напряжения, приложенного к статорным обмоткам, была технически трудно реализуема. Сейчас, благодаря успехам электроники, ситуация кардинально изменилась, и частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) , показанный на рис. 3, становится одним из основных типов регулируемого электропривода. Единичная мощность современных ЧРП приближается к 1000 кВт.

Рис. 3. Схема частотно-регулируемого электропривода (а),

и зависимость напряжения от частоты (б)

а) б)

ЧРП состоит из АД с КЗР

ЧРП состоит из АД с КЗР и преобразователя частоты (ПЧ), включаемого между сетью и статорной обмоткой АД с КЗР, как показано на рис. 4 а). При частотном регулировании скорости АД с КЗР требуется изменять не только выходную частоту ПЧ, но и величину его выходного переменного напряжения, подстраивая его под выходную частоту. Наиболее часто используется прямая зависимость между выходной частотой и напряжением, как показано на рис.3 б).

В состав силового канала ПЧ, в котором происходит преобразование входного переменного напряжения фиксированной величины и частоты в выходное переменное напряжение регулируемой частоты и величины, как правило входят: трехфазный выпрямитель; фильтр низкой частоты; автономный инвертер напряжения (АИН), работающий в режиме широтно-импульсной модуляцией (ШИМ); и фильтр высокой частоты (снаббер).

Для снижения генерации в питающую электросеть паразитных высших гармоник напряжения от ПЧ, которые негативно влияют на работу других потребителей этой электросети, между ПЧ и питающей электросетью устанавливают силовой входной индуктивный фильтр.

Форма выходного напряжения ПЧ отличается от синусоидальной, так как является ШИМ. Форма тока на выходе ПЧ, хотя и приближена к синусоидальной форме, так же содержит незначительный состав высших гармоник тока. Это снижает надёжность работы и КПД АД с КЗР, включенного на выход ПЧ, а также перегружает силовой электрический кабель, соединяющий ПЧ с АД с КЗР. Для уменьшения этих негативных факторов между ПЧ и АД с КЗР включают выходной силовой индуктивный фильтр (синусоидальный фильтр).

В настоящее время ЧРП находит все более широкое применение на тепловых электростанциях и в энергосистемах.