Разработка электропривода погружного центробежного насос ЭЦВ 16-375-350 - Физика и энергетика курсовая работа

Главная

Физика и энергетика
Разработка электропривода погружного центробежного насос ЭЦВ 16-375-350

Описание технологической установки центробежного электронасоса. Технические данные скважинного насоса ЭЦВ 12-210-175. Регулирование расхода и потребляемого напора. Выбор типа электропривода и электродвигателя. Предварительный выбор мощности двигателя.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА
"Разработка электропривода погружного центробежного насос ЭЦВ 16-375-350"
Целью данного курсового проекта является разработка электропривода погружного центробежного насоса ЭЦВ 12-210-175 для искусственного воздействия на пласт путем закачки воды:
1) обеспечение подачи насосов в соответствии с проектируемой, а также возможность регулирования объёма добычи воды в требуемом диапазоне;
2) обеспечение плавного пуска насоса;
1. Описание технологической установки
В процессе эксплуатации нефтяных месторождений при поддержании пластового давления путем закачки воды в продуктивные пласты, используют установки погружных центробежных электронасосов.
Погружные центробежные электронасосы типа ЭЦВ предназначены для перекачивания воды со следующими характеристиками:
Общая минерализация (сухой остаток), мг/л (не более) 1500 Массовая доля твердых механических примесей, % (не более), 0,01
Содержание хлоридов, мг/л (не более) 350
Содержание сульфатов, мг/л (не более) 500
Содержание сероводорода, мг/л (не более) 1,5
Для перекачивания воды насосные агрегаты изготавливают в следующих исполнениях:
Г -- для повышенного содержания механических примесей.
Установка электронасосного агрегата состоит из центробежного электронасоса типа ЭЦВ и электродвигателя типа ПЭДВ, токоподводящего кабеля, водоподъемного трубопровода, оборудования устья скважины и системы автоматического управления. Насосные агрегаты выпускают с различными поперечными размерами для установки в скважины с внутренним диаметром обсадных труб 100, 122, 150, 200, 250, 301, 353, 402 и 486 мм.
Рисунок 1.1. Электроподсосный агрегат.
1-муфта для соединения насоса с подъемными трубами; 2-специальный компенсатор; 3 -- обратный клапан; 4 -- направляющий аппарат; 5--рабочее колесо; 6 -- радиальный подшипник; 7 -- сетка на всасывании насоса; 8 -- уплотнение вала. 9 -- специальная пята; 10-- соединительная муфта.
Рисунок 1.2. Электродвигатель типа ПЭДВ
1 -- вал; 2 -- пескоотражатель; 3 -- манжетный сальник; 4-- уплотнение выводных концов; 5 -- выводные концы; 6 -- корпус подшипника; 7 -- отверстие; 8 -- подшипник; 9 -- ротор; 10 -- статор; 11 -- пята; 12 -- подпятник; 13 -- шар; 14 -- диафрагма; 15 -- пробка.
Рисунок 1.3. Общий вид насосной установки для поддержания пластового давления типа УЭЦП.
1-электродвигатель; 2- насос; 3- пояс для крепления кабеля; 4- колонна труб; 5-задвижка; 6- напорный трубопровод; 7-предохранительный клапан; 8-кабельная линия, 9- трансформатор; 10-станция управления; 11,13-манометр; 12-оборудования устья скважины.
Таблица 1.1. Технические данные центробежного скважинного насоса ЭЦВ 12-210-175.
Регулирование расхода и потребляемого напора в насосе можно с помощью изменения частоты вращения n вала насоса.
Рисунок 1.4. График регулирования параметров центробежного насоса ЭЦВ 12-210-175 изменением частоты вращения.
Из графика видно, что насос имеет очень хорошую характеристику Q-H и очень высокий кпд в широких подачах, поэтому регулирование подачи насоса изменением частоты вращения вала относительно рабочей точки (Q ном ) возможно как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Если рассматривается характеристика одного насоса при регулировании параметров изменением частоты вращения вала, в соответствии с законами подобия имеем:
где Q ном , H ном , N ном - соответственно подача, напор и потребляемая мощность насоса при частоте вращения вала n ном , Q i , H i , N i - соответственно подача, напор и потребляемая мощность насоса при частоте вращения вала n i .
2. Выбор типа электропривода и электродвигателя
При выборе электродвигателя, необходимо учесть такие факторы как род тока, номинальное напряжение, частота вращения, конструктивное исполнение и номинальную мощность. В производственных условиях не всегда приходится решать весь комплекс этих вопросов. Часто бывают заданы род тока, напряжение, частота вращения. Основным условием, которое необходимо учесть, является правильное определение мощности и конструктивного типа электродвигателя [1].
Как уже отмечалось при описании технологии, в насосной установке для поддержания пластового давления типа УЭЦП используются электродвигатели типа ПЭДВ. Электродвигатели ПЭДВ - это погружные вертикальные трехфазные, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. При этом с точки зрения необходимости двузонного регулирования целесообразно использовать частотное регулирование скорости вращения асинхронного двигателя. Регулятор частоты вращения может обеспечить плавный запуск установки, плавное регулирование, что необходимо для эффективной работы, а также форсировать работу насоса при снижении напора и подачи в результате его износа.
3. Предварительный выбор мощности и характеристик двигателя
Согласно [6] мощность насоса равна:
с -плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3 (для воды с=1000 кг/м 3 );
k - коэффициент запаса, выбираем k = 1,1,
п - кпд передачи, при соединении валов двигателя и насоса муфтой п=0,98.
Выбираем асинхронный двигатель типа ПЭДВ.
Таблица 2 - Технические данные двигателя ПЭДВ-160-320В5
Скорость вращения двигателя совпадает с необходимой скоростью вращения насоса, следовательно, нет необходимости применения передачи.
Определим момент инерции из уравнения:
Где с - приведенный радиус инерции,
Примем ротор двигателя как тело с равномерно распределенной массой. Тогда:
4. Механические характеристики двигателя и производственного механизма
Совместная механическая характеристика электропривода
n ном =n 0 (1-s ном )=3000(1-0,007)=2979 об/мин. (4.1)
-номинальная частота вращения двигателя:
-синхронная частота вращения двигателя:
Зависимость частоты вращения от скольжения:
Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя:
Механическая характеристика центробежного насоса:
Уравнение совместной механической характеристики:
Изменяя s в пределах от 0 до 1 с шагом 0,01, строим в одной координатной плоскости механическую характеристику двигателя, механическую характеристику центробежного насоса и совмещённую механическую характеристику .
Таблица 4.1. Расчет механической характеристики двигателя, центробежного насоса и совмещённой механической характеристики
Рисунок 4.1 - Механическая характеристика двигателя
Рисунок 4.3 Механическая характеристика двигателя, центробежного насоса и совмещённая механическая характеристика
Способ регулирования скорости вращения двигателя выбираем частотный, так как этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в необходимом диапазоне, а получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ обладает к тому же и еще весьма одним важным свойством: регулирование скорости АД не сопровождается увеличением его скольжения, поэтому потери мощности при регулировании скорости небольшие.
Рисунок 5.1- Обобщенная схема частотно регулируемого электропривода
Для лучшего использования АД и получения высоких энергетических показателей его работы - коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности - одновременно с частотой необходимо изменять и подводимое к двигателю напряжение. Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки. Для центробежных насосов характерен "вентиляторный" закон регулирования:
Распространенной системой частотно-регулируемого асинхронного привода является система со статическим преобразователем частоты с автономным инвертором. Наибольшее применение для промышленных приводов может иметь статический преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока (ПЗПТ). Структурная схема такого привода показана на рисунке 8.2.
Рисунок 5.2 - Структурная схема частотно-регулируемого привода
центробежный электронасос скважинный двигатель
Преобразователь состоит из трех силовых элементов - выпрямителя (управляемого или неуправляемого), фильтра (Ф) и автономного инвертора (АИ). На вход выпрямителя (В) подается нерегулируемое напряжение переменного тока промышленной частоты (U П ); на выходе выпрямителя постоянное пульсирующее напряжение с постоянными значениями U d и I d (в случае неуправляемого выпрямителя) или изменяющимися (в случае управляемого). С выхода выпрямителя постоянное напряжение через сглаживающий фильтр (Ф) подается на вход инвертора (чаще АИН), который преобразует постоянное напряжение в переменное регулируемой амплитуды и частоты (U 2 =var, f 2 =var). В качестве сглаживающего фильтра в данной схеме обычно используется катушка индуктивности с сердечником. Кроме силовых элементов, преобразователь содержит систему управления (рисунок 8.3), состоящую из блока управления выпрямителя (БУВ) и блока управления инвертором (БУИ). Выходная частота регулируется в широких пределах и определяется частотой коммутации тиристоров инвертора, которая задается блоком управления инвертором. В такой схеме производится раздельное регулирование амплитуды и частоты выходного напряжения, что позволяет осуществить при помощи блока задания скорости (БЗС) требуемое соотношение между действующим значением напряжения и частотой на зажимах асинхронного двигателя.
Рисунок 5.3 - Система управления выпрямителем и инвертором
Промежуточное звено постоянного тока позволяет регулировать частоту как вверх, так и вниз от частоты питающей сети; он отличается высоким КПД (около 0,96), значительным быстродействием, малыми габаритами, сравнительно высокой надежностью и бесшумен в работе [3].
6. Технико-экономическое сравнение вариантов подключения преобразователей частоты
Возможны два варианта подключения преобразователей частоты:
- использование низковольтных преобразователей частоты на IGBT-транзисторах по схеме: понижающий трансформатор - низковольтный преобразователь частоты - повышающий трансформатор - высоковольтный ЭД.
- использование высоковольтных преобразователей частоты на IGBT- транзисторах;
Наиболее экономичный вариант частотного преобразователя определим по наименьшим затратам.
Низковольтный преобразователь частоты на IGBT-транзисторах
Данная схема (рисунок 6.1) подключения обеспечивает возможность использования низковольтного преобразователя частоты с высоковольтным электродвигателем.
Трансформатор Т1 - понижает напряжение питания до 690В (380В) и обеспечивает гальваническую развязку преобразователя с питающей сетью.
Преобразователь частоты - осуществляет управление частотой вращения электродвигателя, его плавный запуск и останов, а также обеспечивает функции защиты.
Выходной дроссель улучшает синусоидальность выходного напряжения.
Трансформатор Т2 - повышает выходное напряжение преобразователя частоты до 3кВ и обеспечивает гальваническую развязку преобразователя частоты с электродвигателем.
Рисунок. 6.1. - Блок-схема высоковольтного частотно-регулируемого электропривода с использованием трансформаторов и низковольтного преобразователя частоты.
Структура и принцип работы низковольтного преобразователя частоты на IGBT транзисторах
Типовая схема низковольтного преобразователя частоты представлена на рисунке 6.2. В нижней части рисунка изображены графики напряжений и токов на выходе каждого элемента преобразователя.
Переменное напряжение питающей сети (u вх .) с постоянной амплитудой и частотой (U вх = const, f вх = const) поступает на управляемый или неуправляемый выпрямитель (1).
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (u выпр .) используется фильтр (2). Выпрямитель и емкостный фильтр (2) образуют звено постоянного тока.
С выхода фильтра постоянное напряжение u d поступает на вход автономного импульсного инвертора (3).
Автономный инвертор современных низковольтных преобразователей, как было отмечено, выполняется на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT. На рассматриваемом рисунке изображена схема преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения как получившая наибольшее распространение.
Рисунок 6.2- Типовая схема низковольтного преобразователя частоты.
В инверторе осуществляется преобразование постоянного напряжения u d в трехфазное (или однофазное) импульсное напряжение u и изменяемой амплитуды и частоты. По сигналам системы управления каждая обмотка электрического двигателя подсоединяется через соответствующие силовые транзисторы инвертора к положительному и отрицательному полюсам звена постоянного тока. Длительность подключения каждой обмотки в пределах периода следования импульсов модулируется по синусоидальному закону. Наибольшая ширина импульсов обеспечивается в середине полупериода, а к началу и концу полупериода уменьшается. Таким образом, система управления обеспечивает широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, прикладываемого к обмоткам двигателя. Амплитуда и частота напряжения определяются параметрами модулирующей синусоидальной функции. При высокой несущей частоте ШИМ (2 … 15 кГц) обмотки двигателя вследствие их высокой индуктивности работают как фильтр. Поэтому в них протекают практически синусоидальные токи.
В схемах преобразователей с управляемым выпрямителем (1) изменение амплитуды напряжения u и может достигаться регулированием величины постоянного напряжения u d , а изменение частоты - режимом работы инвертора.
Таким образом, на выходе преобразователя частоты формируется трехфазное (или однофазное) переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды (U вых = var, f вых = var). Рассчитаем КПД частотного преобразователя, приведённого на рисунке 6.1:
Потери мощности в низковольтном частотном преобразователе вычисляются по формуле:
где ДP тр - потери мощности в трансформаторе;
ДP ф - потери мощности в фильтре (дросселе);
ДP всп =0,5ч3% ДP d - потери мощности во вспомогательных устройствах;
Выбираем трансформатор по справочнику [9] ТМ-250/6.
Таблица 6.1.1- Технические характеристики трансформатора ТМ-250/6.
Найдём потери мощности в трансформаторе [10]
Потери активной мощности в трансформаторе:
Потери мощности в вентилях в современных выпрямительных устройствах представляют собой очень малую величину, т. е. ДP в ?0. Потери мощности в фильтре вычисляются по формуле: где R др ?0 - активное сопротивление дросселя, следовательно, потерями мощности в фильтре можно также пренебречь. Таким образом, КПД частотного преобразователя будет равен:
Коэффициент мощности ч можно подсчитать по следующей формуле:
где н=0,99 - коэффициент искажения формы для неуправляемых выпрямителей. Отсюда
Таблица 6.1.2 - Преобразователи частоты серии FDU40-160 кВт
Окружающая температура при номинальной мощности IP20, IP54, о С
К.п.д. (Р ном при f S = 1,5 кГц), %
Таблица 6.1.3 - Общие данные серии FDU40
EN60068-2-6 Fc: 10-150 Гц; 0,075 мм /1g
Расчёт экономических затрат произведем по методике, изложенной в [11]. Определение капитальных вложений. Капитальные вложения должны учитывать транспортные и монтажные расходы, которые определяются в процентах от стоимости внедряемого оборудования:
где Цп=307740 (по прайс-листу ООО "АДЛ Групп") - цена с НДС низковольтного преобразователя частоты,
Ц 2 =60000 - цена трансформатора ТМ-250 включая НДС.
М=8% - расходы на монтажные работы.
В капитальные вложения не включена стоимость ЭД, так как нам необходимо подсчитать лишь экономические затраты от внедрения преобразователя
Определение эксплуатационных затрат.
Годовые эксплуатационные затраты, связанные с обслуживанием и эксплуатацией ЭП, рассчитываются по следующей формуле:
где З вспом - затраты на вспомогательные материалы;
З обор - затраты на обслуживание оборудования, т.е. на заработную плату работника (работников), занимающегося обслуживанием;
З ам - амортизационные отчисления по внедряемому оборудованию;
Затраты на вспомогательные материалы составляют 20% от стоимости капитальных вложений:
Затраты на ремонт оборудования составляют 25% от капитальных вложений:
Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования составляют 40% от капитальных вложений:
Затраты на амортизацию составляют 10% от капитальных вложений, так как эксплуатационный срок оборудования 10 лет:
Затраты от потерь электроэнергии рассчитывается по формуле:
Величина прочих затрат принимается равной 25% от суммы других затрат:
Результаты расчета эксплуатационных затрат приведены в таблице 6.1.4
4. Затраты от потерь электроэнергии
Общие затраты проекта складываются из капитальных вложений и эксплуатационных затрат:
6.2 Высоковольтный преобразователь частоты на IGBT-транзисторах
Структурная схема преобразователей частоты серии MELTRAC-F530HVС (напряжение 3кВ) приведена на рисунке 6.2.1
Рисунок 6.2.1 - Общая схема управляемого электропривода
Схема состоит из входного трансформатора, многоуровневого инвертора и системы управления.
Входной трансформатор служит для преобразования входного напряжения (3 фазы, 3 кВ) в выходное напряжение (9 фаз, 635 В), которое после выпрямления питает ячейки инвертирования.
Основной особенностью данного трансформатора является то, что вторичные обмотки разделены на три группы - по шесть обмоток в группе. Фазовый сдвиг между соседними обмотками в группе составляет 10°. Фазовый сдвиг между первой и шестой обмотками группы составляет 50°. Каждая выходная обмотка трансформатора нагружена на выпрямитель своей ячейки инвертирования.
Инвертор на каждую фазу состоит из шести ячеек инвертирования, что позволяет осуществлять на обмотке двигателя амплитудную модуляцию по 13 уровням, в сочетании с широтно-импульсной модуляции. Подобная многоуровневая ШИМ позволяет получать практически синусоидальные токи в обмотках и снижает потери в двигателе.
Рисунок 6.2.2 - Структурная схема преобразователя
Данная серия преобразователей частоты обладает следующими основными свойствами :
1. Высокий КПД (около 98%) и высокий коэффициент мощности (около 95%).
2.Регулирование выходного напряжения и частоты.
3. Управление преобразователем от пульта управления, внешними командами, с помощью персонального компьютера и контроллера.
4. Возможность подключения к общепромышленным сетям со стандартными протоколами (Device NET, Profibus DP, Modbus Plus).
5. Большой ряд мощностей преобразователей (8250 В, 6600 В)
6. Использование IGBT-ключей в силовой цепи преобразователей частоты.
7. Способ управления - многоуровневая широтно-импульсная модуляция.
8. Преобразователи частоты данной конструкции не требуют дополнительных сетевых фильтров для защиты сети от помех генерируемых преобразователем
Таблица 6.2.1 - Технические характеристики преобразователя частоты MELTRAC- PMT-F530HVС-165
Пределы изменения входного напряжения
Расчёт экономических затрат найдем по той же методике, что и в предыдущем случае.
где Ц=2453650 (по прайс-листу ООО "НСВ") - цена с НДС высоковольтного преобразователя частоты,
М=8% - расходы на монтажные работы.
В капитальные вложения не включена стоимость ЭД, так как нам необходимо подсчитать лишь экономические затраты от внедрения преобразователя. Определение эксплуатационных затрат.
Годовые эксплуатационные затраты, связанные с обслуживанием и эксплуатацией ЭП, рассчитываются по следующей формуле:
Таблица 6.2.2 Результаты расчета эксплуатационных затрат
4. Затраты от потерь электроэнергии
Общие затраты проекта складываются из капитальных вложений и эксплуатационных затрат:
Первый вариант, а именно низковольтный преобразователь частоты на IGBT-транзисторах по схеме: понижающий трансформатор - низковольтный преобразователь частоты - повышающий трансформатор - высоковольтный ЭД, имеет высокие массогабаритные характеристики, меньшие по отношению ко второму варианту КПД (93 - 96%), но более дешевый (1265862,94 руб.) и прост в практической реализации.
Второй вариант - высоковольтный преобразователей частоты на IGBT- транзисторах, имеет высокий КПД (около 98%) и высокий коэффициент мощности (около 95%), но сложен в технической реализации, что отражается в цене (6644556,84 руб.). Так же, при использование таких преобразователей возникает проблема "длинного кабеля", для устранения которого требуются дополнительные элементы, а это приводит к усложнению схемы подключения. Поэтому выбираем первый вариант, который прост в реализации и значительно дешевле второго.
7. Математическая модель электропривода
Для составления математической модели удобно воспользоваться представлением системы в переменных входы-выходы, которая отличается отражением в модели реальных физических величин, что в свою очередь более удобно при рассмотрении конкретных систем электроприводов различных производственных механизмов.
Общая структура электропривода представляется в виде схемы (рисунок 7.1), где раскрываются входные и выходные переменные каждого звена системы электропривода.
Рисунок 7.1- Общая структура электропривода
Частотный преобразователь можно разделить на три основные части: неуправляемый выпрямитель, инвертор и систему управления выпрямителем и инвертором. Частотно-регулируемый асинхронный двигатель (ПЭДВ), вращая центробежное колесо насоса ЭЦВ, воздействует на величину давления жидкости в системе трубопроводов. Давление жидкости фиксируется датчиком давления. Преобразованный с помощью измерительного преобразователя сигнал с датчика передается в системы управления ПЧ. Для представления математической модели ЭП необходимо составить систему уравнений описывающих электрическое и электромагнитное состояние ЭП, а также систему уравнений, описывающую механические процессы, протекающие в ЭП. Для составления уравнений, характеризующих электрическое и электромагнитное состояние электродвигателя, удобно воспользоваться Т-образной схемой замещения асинхронного двигателя.
Рисунок 7.2 - Схема замещения асинхронного двигателя
Уравнения, характеризующие электрическое состояние статора и ротора электродвигателя:
U 1 ф - U ab = I 1 R 1 + jX 1 I 1 ;(10.1)
-U ab = (R' 2 /s)·I' 2 + jX' 2 I' 2 ;(10.2)
где U 1Ф - напряжение фазы обмотки статора;
U ab - напряжение на "зажимах" ветви намагничивания;
R 1 , X 1 - активное и индуктивное сопротивление фазы обмотки статора;
X 2 ' - приведенное индуктивное сопротивление ротора;
R 2 '/s -приведенное активное сопротивление ротора с учетом механической нагрузки на валу двигателя;
Уравнения, характеризующие электромагнитное состояние электродвигателя:
где X 0 - индуктивное сопротивление ветви намагничивания;
I 0 - ток холостого хода (ветви намагничивания).
Уравнения, описывающие механику двигателя:
где щ 0 - синхронная частота вращения.
где Мс - статический момент сопротивления, Нм;
J - момент инерции двигателя, кг/м 2 .
После перехода к операторной форме, выражения 10.1-10.3, 10.7 примут следующий вид:
U 1 ф - U ab = I 1 R 1 + pL 1 I 1 ;
-U ab = (R' 2 /s)•I' 2 + pL' 2 I' 2 ;
Выражения 10.4 и 10.6 для дальнейшего анализа удобно представить в виде:
Структурная схема выпрямителя соответствует уравнению 7.14, описывающему его работу:
Рисунок 7.3 - Структурная схема выпрямителя
Из выражения видно, что выходными сигналами системы управления преобразователя частоты являются глубина модуляции и частота модуляции, они же наряду с Ud, будут являться входными для инвертора с широтно-импульсной модуляцией.
Рисунок 7.4 - Структурная схема инвертора
На рисунке 7.4 - К2 = 2р/р - пропорциональное звено перехода к круговой частоте модуляции.
Структурная схема асинхронного двигателя
Структурная схема асинхронного двигателя может быть представлена на основании выражений 7.5,7.8-7.13.
Преобразуем выражение 7.8 относительно I1.
гдеК 3 =1/R 1 - коэффициент передачи звена;
T 1 =L 1 /R 1 - постоянная времени фазы статорной обмотки.
Рисунок 7.5 - Структурная схема цепи статора асинхронного двигателя
Преобразуем выражение7.9 относительно I' 2 :
гдеК 5 =1/R' 2 - коэффициент передачи звена;
T 2 =L 2 '/R' 2 - постоянная времени фазы обмотки ротора.
Рисунок 7.6 - Структурная схема цепи ротора асинхронного двигателя
Используя выражения 7.10 и 7.12 и приняв L 0 =K 4 , получаем структурную схему:
Рисунок 7.7 - Структурная схема цепи намагничивания
Из уравнения 7.5 приняв К 0 =3R 2 ' (коэффициент усиления звена), получаем структурную схему:
Рисунок 7.8 - Структурная схема выражения вращающего момента двигателя
Рисунок 7.10 - Структурная схема выражения скольжения
Классическое уравнение движения привода
Представляет собой интегрирующее звено:
Рисунок 7.10 - Структурная схема интегрирующего звена
Структурная схема статического момента сопротивления производственного механизма
Производственный механизм оказывает влияние на величину угловой скорости вращения двигателя внесением отрицательного момента сопротивления в структурную схему электропривода. Статический момент сопротивления является отрицательным по отношению к моменту двигателя. В общем случае, для подавляющего большинства центробежных насосов механическая характеристика может быть выражена эмпирической формулой:
где М С - момент сопротивления производственного механизма при скорости щ;
М С0 - момент сопротивления трения в движущихся частях механизма;
М С.НОМ - момент сопротивления при номинальной скорости щ НОМ .
Рисунок 7.12 - Структурная схема насоса
Общая структурная схема, показанная на рисунке А..1, включает в себя также обратную связь (рисунок 10.13), входной величиной, которой является давление в системе трубопроводов (уровень в наполняемом резервуаре), выходной - изменение электрического параметра (например, напряжения).
Рисунок 7.13 - Структурная схема звена обратной связи
8. Проблема "длинного кабеля" в электроприводах с IGBT(инверторами)
Неоспоримые достоинства транзисторных IGBT-инверторов напряжения (АИН) с широтно-импульсным управлением (ШИМ) в регулируемом асинхронном электроприводе сочетаются, однако, с рядом проблем, одной из которых является проблема "длинного кабеля", соединяющего обмотки двигателя (АД) с выходом АИН. Выходное напряжение U 1 АИН с ШИМ представляет собой высокочастотную последовательность прямоугольных импульсов различной полярности и длительности с одинаковой амплитудой U d -величины постоянного напряжения на входе АИН (рисунок 11.1).
Крутизна фронта t f импульсов напряжения определяется скоростью переключения силовых ключей АИН и при использовании различных полупроводниковых приборов составляет:
- однооперационные тиристоры SCR -- 4 ...10 мкс;
- запираемые тиристоры GTO -- 2...4 мкс;
- силовые биполярые тиристоры GTR -- 0,5...2 мкс;
- транзисторы IGBT -- 0,05...0,1 мкс
Рис8.1 Выходное напряжение АИН с ШИМ
Рис8.2 Цепь соединения АИН с АД (эквивалентная схема элементарного участка кабеля)
Существенно более высокое быстродействие IGBT, являющееся преимуществом для реализации высокочастотной ШИМ и минимизации потерь энергии в АИН и АД, негативно проявляется в протекании переходных процессов в цепи АИН -- соединительный кабель -- АД (рисунок 8.2) на интервалах времени фронта t f . Прохождение импульсного сигнала с крутым фронтом вызывает волновые процессы в кабеле, приводящие к появлению перенапряжений на зажимах двигателя (рисунок 8.3).
Рис 8.3 Напряжение на зажимах АД при подключении "длинным кабелем"
В этом случае, согласно теории цепей, кабель следует рассматривать как однородную длинную линию с распределенными параметрами, элементарный участок которой показан на рисунке 8.2. Ввиду относительной малости последовательным активным сопротивлением r к и параллельной активной проводимостью g к участка линии можно пренебречь. Волновое сопротивление Z 0 кабеля при этом определяется последовательной индуктивностью L к и параллельной емкостью С к участка линии:
Значения параметров L к и С к зависят от типа, конструкции и сечения кабеля (кабельной линии), но, как свидетельствуют справочные и экспериментальные данные, зависимость эта незначительна. Для широкого ассортимента монтажных проводов и кабелей усредненные значения этих параметров составляют: L к =1 мкГн/м; С к =50 пФ/м.
Можно с большей степенью достоверности принять значения Z 0 =100...200 Ом для всех применяемых в электроприводах монтажных проводов и кабелей. Входное сопротивление Z 1 кабеля представлено выходным сопротивлением полупроводниковых вентилей и внутренним сопротивлением батареи конденсаторов входного фильтра и является относительно малой величиной, которой также можно пренебречь:
Выходным сопротивлением Z 2 кабеля является относительно большое для высокочастотного сигнала входное сопротивление АД, определяемое индуктивностью рассеяния L его обмоток и эквивалентной частотой щ f фронта импульса напряжения:
В связи с вышесказанным, при прохождении крутого фронта импульса напряжения входная часть силового монтажного кабеля электропривода (со стороны АИН) работает в режиме короткого замыкания, выходная часть кабеля (на зажимах АД) -- в режиме холостого хода. С учетом значений параметров волновые характеристики монтажных проводов и кабелей приближаются к характеристикам линии без искажений и потерь:
щ f L K >>r K ; щ f C K >>g K ; r K =g K ?0.
В такой линии скорость V f распространения высокочастотной волны определяется выражением:
и равна примерно половине скорости света в вакууме. Для приведенных выше значений параметров L к и С к :
Этой скорости соответствует длина волны л:
Время T f прохождения фронта импульса от выхода АИН к зажимам АД определяется длиной l кабеля (для нашего случая длину кабеля примем равной длине скважины l=375м):
T f =l/V f =375/142•106=2,5мкс (8.2.6)
Если это время больше или равно времени фронта t f , то в конце кабеля из-за его несогласованности с нагрузкой (Z 2 >>Zo) возникает отраженная волна напряжения n 2 U 1 , которая суммируется с падающей (прямой) волной напряжения U 1 , образуя стоячие волны. В результате на зажимах АД образуется напряжение:
где 0 < n 2 ? 1 -- коэффициент отражения.
Максимальное значение n 2 = 1, тогда напряжение на зажимах АД удваивается. Возвращаясь к началу кабеля, отраженная волна гасится малым входным сопротивлением Z 1 <Разработка электропривода погружного центробежного насос ЭЦВ 16-375-350 курсовая работа. Физика и энергетика.
Реферат Виды И Функции Эмоций
Курсовая работа: Характеристика сырья для производства керамических строительных изделий
Государственное Имущество Реферат
Реферат На Тему Архитектура Нового Света
Сочинение По Направлению Время Перемен
Реферат: Специфика искусства рекламы, его возникновение, синтетические характеристики. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Перемещение товаров для личных целей
Сочинение Характеристика Хорошего Человека
Контрольная работа: Организация проведения внутренних аудитов качества
Реферат по теме Гемоглобин эритроцитарных мембран человека
Реферат по теме Культура в общественной системе
Реферат по теме Содержательные теории мотивации
Егэ Английский Эссе Какие Времена
Реферат по теме Фактори впливу на обсяг фінансування інноваційної діяльності промислових підприємств в Україні
Контрольное Сочинение Рассуждение Рано Утром Впотьмах
Сочинение по теме Тема кохання й віpності в поезії Максима Рильського і Володимиpа Сосюpи
Реферат: To Fee Or Not To Fee Essay
Реферат На Тему Основы Языка И Речевого Общения
Сочинение Рассуждение Хорошо Ли Быть Молодым
Контрольные Работы Александрова Гдз 8
Особливості касових систем роздрібної торгівлі - Маркетинг, реклама и торговля курсовая работа
Профіль готелю "Президент" - Маркетинг, реклама и торговля курсовая работа
Проектирование параллельно-последовательного аналого-цифрового преобразователя - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа