Проектирование ЭЭС НК с регулируемыми приводами палубных механизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование ЭЭС НК с регулируемыми приводами палубных механизмов

Использование ЭП на кораблях началось во второй половине ХIX века. Вначале были электрифицированы механизмы машинного отделения, общекорабельные вентиляторы, а затем палубные и грузоподъемные механизмы. Все корабельные электрические установки того времени работали на постоянном токе, как правило не превышающем 110 В. С 1908 г. на кораблях отечественного флота, установкой АД для привода вентиляторов и водоотливных насосов на минном заградителе «Амур», начали применять двигатели переменного тока как наиболее простые и надежные, что в корабельных условиях имеет особое значение. До середины ХX века происходила электрификация всех корабельных механизмов и совершенствовались ЭС.

Современные корабли военно-морского флота содержат большое количество электромеханизмов либо в виде автоматизированных комплексов, либо в виде самостоятельных систем, обеспечивающих функционирование корабля в соответствии с его назначением.

Общая тенденция в развитии корабельных механизмов характеризуется усложнением возлагаемых на ЭП задач, как по повышению степени автоматизации, так и по упрощению обслуживания. Это направленно на повышение производительности труда путем автоматизации и механизации труда и оптимального использования установленных агрегатов. Повышение производительности труда на кораблях связанно также со снижением затрат времени на ТО и ремонт за счет совершенствования конструкций ЭП и приспособления их к специфическим условиям эксплуатации. В свете этих задач реализуются следующие направления, по которым идет совершенствование ЭП корабельных механизмов:

Автоматизация отдельных электромеханизмов и объединение взаимосвязанных механизмов в автоматизированные системы с оптимальным режимом эксплуатации в системе управления ЭП все чаще используют вычислительные машины, микропроцессоры, с большой точностью осуществляющие операции управления, ранее выполняемые человеком;

Повышение производительности механизмов и корабля в целом за счет выбора оптимальных скоростей и условий регулирования;

Повышение надежности и ресурса ЭП за счет совершенствования конструкций и правильного выбора отдельных элементов;

увеличение межремонтных периодов и снижение затрат на ТО за счет использования элементов и систем, соответствующих условиям эксплуатации;

снижение издержек на ремонтные работы за счет унификации элементов и применение блочных конструкций.

Автоматизация корабельных ЭП вместе с использованием средств диагностирования позволит в минимальные сроки восстановить их работоспособность при постепенных или внезапных отказах, а также значительно сократить трудозатраты на их обслуживание.

Классификация корабельных электроприводов ЭП различаются по своему назначению, по характеристикам исполнительных механизмов, по типам применяемых электродвигателей (ЭД) и др.

Классификационными признаками ЭП являются:

род тока, поступающего на ЭД от источника электрической энергии;

принцип действия;

способ образования электромагнитного момента;

тип обмоток статора и ротора;

способ возбуждения магнитной системы;

число фаз и число пар полюсов;

конструктивное исполнение статора и ротора;

характер движения;

направление движения;

соотношение между числом электрических машин и исполнительных механизмов;

структура магнитопровода и др.

Корабельные электрические механизмы подразделяются на палубные и внутрикорабельные. Классификация корабельных электрических механизмов изображена на рис. 1 и рис. 2.

Рис. 1 - Классификация корабельных электрических механизмов

Рис. 2 - Классификация общекорабельных палубных механизмов

Источник электроэнергии (ИЭ) - как правило, электрическая сеть. Однако отдельные ЭП могут иметь собственный ИЭ выполняющий роль или основного или резервного (аварийного). К таким ЭП могут быть отнесены приводы переносных насосов, вентиляторов, электроинструмента, бытового электрооборудования и т.п.

Электрическое преобразовательное устройство (ЭПУ) - преобразует электрическую энергию (ЭЭ) одной формы и параметров в ЭЭ другой формы и параметров. Можно выделить две ступени преобразования: первая - непосредственно от ИЭ (например, трансформаторы, выпрямители и т.д.) и вторая - непосредственно к двигательному устройству (формируются заданные управляемые параметры, обеспечивающие заданный закон движения РМ). Кроме того, ЭПУ обеспечивает перенаправление потока ЭЭ (показан на рис.2 пунктирными линиями), например, при генераторном режиме работы двигательного устройства энергия может быть сброшена на различные рекуперативные устройства или возвращена обратно ИЭ.

Преобразовательное устройство (ПУ) - служит для форм движения и передачи механической энергии от двигательного устройства к РМ (например, редукторы, барабаны лебедок и т.п.).

Двигательное устройство (ДУ) - преобразует ЭЭ в механическую энергию вращающегося или перемещающегося линейно ротора (якоря).

Управляющее устройство (УУ) - предназначено для формирования заданных законов управления потоком энергии и движения РМ. На УУ поступают входные сигналы от задающих устройств (ЗУ) (пульты управления операторов, электронные вычислительные машины (ЭВМ), элементы автоматики различных систем), а также сигналы обратных связей от различных датчиков (датчики положений РМ, датчики частоты вращения и положения ротора ДУ, датчики входных и выходных электрических параметров ЭПУ).

Системы управления электроприводами, их классификация

Под управлением электроприводами понимается выполнение операций, осуществляющих пуск, регулирование скорости, торможение, реверсирование, остановку и защиту двигателя, производимых с целью изменения (или поддержания) его режима работы.

Все операции по управлению электроприводом осуществляются аппаратами управления, которые, будучи объединены в общую электрическую схему, в целом образуют систему управления электропривода.

По уровню автоматизации системы управления электроприводов можно разделить на следующие категории:

- неавтоматизированные системы, в которых операции по управлению электроприводом осуществляются вручную;

- автоматизированные системы, в которых управление электроприводом производится путем автоматического регулирования параметров двигателя, но предусматривается участие оператора в выработке начального управляющего воздействия;

- автоматические системы, в которых все управляющие воздействия вырабатываются автоматическими устройствами без участия оператора, роль которого в этом случае сводится к первоначальной наладке системы и периодическому наблюдению за её работой.

По степени управляемости электроприводов можно выделить следующие системы управления:

- нерегулируемые - для электроприводов, приводящих в действие рабочий механизм с неизменной рабочей скоростью. Параметры приводов могут изменяться лишь в результате возмущающих воздействий, вызванных, например, колебаниями напряжения и частоты в судовой сети или изменениями статического момента на валу электродвигателя. Нерегулируемыми на судах являются системы управления электроприводов большинства вентиляторов, насосов, компрессоров.

- регулируемые - для электроприводов, приводящих в действие рабочий механизм с регулируемой рабочей скоростью или со скоростью, которая должна поддерживаться неизменной при изменении параметров судовой сети или нагрузки двигателя. Параметры привода в этом случае изменяются под воздействием управляющего устройства. Регулирование скорости предусмотрено в судовых электроприводах грузоподъемных механизмов, якорно-швартовных устройств, гребных электрических установок и т.п.

- программно-управляемые - для электроприводов, управление которых происходит в соответствии с заданной программой. Этот вид управления связан с внедрением комплексного автоматизированного управления судовыми системами и механизмами, включая управление электроэнергетической системой совместно с главной энергетической установкой, средствами судовождения, борьбы за живучесть и т.д.

- следящие - для электроприводов, автоматически отрабатывающих перемещение исполнительного органа рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом. Следящее управление используется на судах, например, при управлении электропривода руля с помощью авторулевого устройства.

- адаптивные - для электроприводов, которые автоматически избирают структуру и параметры системы управления при изменении условий работы механизма с целью выработки оптимального режима. В качестве примера такой системы управления можно привести систему авторулевого в режиме автоматического управления при наличии возмущающего фактора, вызывающего одностороннее отклонение судна от заданного курса. Система авторулевого при этом дает сигнал на поворот руля на некоторый постоянный угол, что обеспечивает компенсацию действующего на судно возмущающего фактора. Происходит адаптация рулевого электропривода к условиям плавания судна и вырабатывается оптимальный режим его работы.

Анализ корабельных ЭП

Неуклонно снижается доля систем привода с двигателями постоянного тока и увеличивается доля систем привода с двигателями переменного тока. Это связано с низкой надежностью механического коллектора и более высокой стоимостью коллекторных двигателей постоянного тока по сравнению с двигателями переменного тока. По прогнозам специалистов в начале следующего века доля приводов постоянного тока сократится до 10 % от общего числа приводов.

Преимущественное применение в настоящее время имеют привода с короткозамкнутыми асинхронными двигателями. Большинство таких приводов (около 80 %) - нерегулируемые. В связи с резким удешевлением статических преобразователей частоты доля частотно - регулируемых асинхронных электроприводов быстро увеличивается.

В настоящее время реализация алгоритмов движения и регулирование частоты вращения значительной части грузоподъемных, транспортных, подъемно-транспортных механизмов, а также якорно-швартовых устройств осуществляется с использованием редукторов или многоскоростных электродвигателей, вследствие чего данные ЭП имеют значительные массу и габариты, а также завышенные потери в механических элементах ЭП.

Управление ЭП на кораблях ВМФ в настоящее время осуществляется традиционным способом с помощью магнитных пускателей и контроллеров. Регулирование частоты вращения ЭП осуществляется в отдельных случаях посредством переключения пар полюсов АД или изменением магнитного потока главных полюсов МПТ.

Для плавного запуска и останова двигателя, а также для плавного регулирования скорости вращения (и производительности) ЯШУ используется преобразователь частоты (ПЧ).

Возможно также, использование в составе электроприводов кораблей устройств плавного пуска (УПП), которые обеспечивают только плавный разгон и останов двигателя, без регулирования его скорости во время работы. Это значительно снижает броски тока, уменьшает износ элементов электродвигателя.

Применение регулируемого асинхронного электропривода для управления ЯШУ может обеспечить:

- плавный пуск электродвигателя, отсутствие механических нагрузок на двигатель и бросков тока в сети;

- эффективное использование потребляемой ЯШУ мощности во всем диапазоне регулирования;

- обеспечение коэффициента мощности двигателя на значении, близком к 1,0;

- снижение уровня шума при пуске и работе;

- обеспечение автономной и безопасной работы, интеграция в автоматических системах управления (АСУ) техническими средствами.

Регулируемый асинхронный электропривод в подъемно-транспортных механизмах это:

- обеспечение высокой плавности движения;

- возможность использования трехпериодной тахограммы двигателя (разгон - равномерное движение - торможение) с исключением дотягивания;

- возможность выбора оптимальной скорости равномерного движения; возможность точного позиционирования;

- снижение массы, габаритов и стоимости приводного асинхронного двигателя;

- снижение суммарного момента инерции механической системы; сокращение износа механических тормозов и т. д.

Таким образом, применение преобразователей частоты следует рассматривать как одно из основных средств повышения эффективности электроэнергетической системы и улучшении свойств боевого корабля. Частотно-регулируемый электропривод повышает управляемость электроприводов и даёт возможность реализовать более совершенные технологические процессы и алгоритмы управления.

В энергетических установках (ЭУ) и корабельных системах (КС) при переходе к регулируемому ЭП ЯШУ и лебедок наибольшая экономия энергии достигается не за счет уменьшения энергопотребления собственно приводом, а посредством того процесса, который привод обслуживает. Это может быть оптимизация режимов горения в котлах за счёт регулирования производительности вентиляторов наддува, рационализация тепло-гидравлических режимов в системах путем количественно-качественного регулирования и т.п. Причем, экономия в системе во много раз превосходит собственное потребление энергии электроприводом. Данное качество имеет особое значение, поскольку многие корабельные системы, по ряду объективных причин, функционируют с отличающимися от расчётных, параметрами.

Внедрение на кораблях частотно-регулируемого ЭП стало перспективным в связи с революционным развитием силовой техники, начавшимся в 80-е годы прошлого века с появлением технологии мощных полевых транзисторов MOSFET, биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT, управляемых симисторов TRIAC, тиристоров с управляемым затвором GTO. Одновременно создавались интегральные схемы управления этими приборами - драйверы, осуществляющие ряд сервисных функций: защита от перегрузки, формирование сигналов обратной связи, контроля и индикации.

Биполярный транзистор с изолированным затвором IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) - полностью управляемый полупроводниковый прибор, в основе которого трёхслойная структура. Его включение и выключение осуществляются подачей и снятием положительного напряжения между затвором и истоком. На рис. 4 приведено условное обозначение IGBT и схема соединения транзисторов в единой структуре.

Рис. 3 - Условное обозначение IGBT (а) и схема соединения транзисторов в единой структуре (б)

IGBT являются продуктом развития технологии силовых транзисторов со структурой металл-оксид-полупроводник, управляемых электрическим полем (MOSFET-Metal-Oxid-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) и сочетают в себе два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления) (рис. 3б).

Сочетание двух приборов в одной структуре позволило объединить достоинства полевых и биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление с высокой токовой нагрузкой и малым сопротивлением во включённом состоянии.

Диапазоны применений силовых компонентов преобразователей частоты представлены на рис. 4. Как видно из диаграммы использование тиристоров ограничено низкими частотами и высокими мощностями, а транзисторов типа MOSFET - низкими мощностями высокими частотами. Транзисторы IGBT занимают промежуточное положение в этом ряду, а их допустимые мощности соответствуют большинству используемых в настоящее время корабельных ЭП. На рисунке также показаны возможные диапазоны работы биполярных транзисторов (ВРТ).



Рис. 4

Устройства плавного пуска и торможения двигателей электроустановок

Среднее по функциональности УПП позволяет решать следующие задачи:

* Ограничить пусковой ток (в большинстве случаев на уровне 3-4,5 IНОМ) и просадки сетевого напряжения питания в зависимости от мощности силового трансформатора и характеристик подводящих шин питания;

* Оптимизировать пусковой и тормозной моменты для безударных разгонов и остановок приводимых механизмов, продлить срок использования подшипников, зубьев колёс редукторов, ремней и других деталей машин;

* Аварийно защитить питающую сеть от токовых перегрузок, заклинивания вала.

Схожесть тиристорного пуска с классическими способами пуска электродвигателей.

Тиристорный способ пуска похож на пуск при пониженном напряжении, который в прежние времена реализовывался как переключение «звезда-треугольник» или ступенчатый пуск от автотрансформатора. Благодаря тиристорам такой способ пуска не имеет недостатков ступенчатости двух последних способов, но, с точки зрения механических характеристик, не может сдвинуть «горб» области максимального момента к области нулевой скорости, и вынужден мириться с падением пускового момента при ограничении тока.

Тиристорный пуск не похож на пуск мотора с фазным ротором и тем более двигателя постоянного тока с последовательно включенной обмоткой возбуждения (см. выше). В большинстве реальных ситуаций, когда мы модернизируем уже имеющийся механизм с имеющимся двигателем (асинхронным с короткозамкнутым ротором и обмотками, соединёнными в звезду), условно есть только 3 практических способа «умягчения» пуска.

1. Автотрансформатор - на практике случаи применения автору не известны ни в советское, ни в настоящее время.

2. Собственно УПП, позволяющее, в отличие от первого способа, гибко настраивать условия пуска на конкретном механизме под его уникальные условия.

3. Частотный преобразователь. Снижая стартовую частоту до единиц герц, мы, будучи также зажатыми "горбатой" характеристикой зависимости момента от скольжения, можем снизить пусковой ток, потребляемый из сети питания, до значений не выше номинального, даже при пуске под нагрузкой. Подробности пусковых (и не только пусковых) свойств частотных преобразователей - тема отдельной статьи.

Что не может УПП?

В свою очередь, УПП не может выполнить следующие функции:

* Регулировать частоту вращения двигателя в установившемся режиме;

* Реверсировать направление вращения;

* Увеличить пусковой момент относительно номинального;

* Снизить пусковой ток до значений меньших, чем требуется для вращения ротора в момент старта.



Рис. 5 - Характеристики зависимости момента на валу и потребляемого тока от частоты вращения при разных допустимых значениях напряжения питания относительно номинального

Очень важно: ток обмотки в конкретный момент времени при скорости вращения вала меньше синхронной зависит от текущей скорости, а не от механической нагрузки. От последней при пуске зависит, как быстро мы завершим процесс пуска.

Устройство УПП

Силовая часть.

Сердцем силовой части УПП является классический симистор (два встречно-параллельно включенных тиристора с управляющим входом), включаемый последовательно между питающим проводником и обмоткой двигателя. Тиристор отпирается при условии приложения прямого напряжения анод-катод и одновременной подачи отпирающего потенциала или его импульса на управляющий электрод. Запирается тиристор только снижением тока в цепи "анод-катод-нагрузка" до значения, близкого к нулевому. В составе УПП тиристор исполняет роль быстродействующего полупроводникового контактора, включаемого напряжением, а выключаемого током. Отметим, что временной момент запирания при переходе через ноль тока тиристора, через который питается обмотка разгоняемого двигателя, всегда запаздывает относительно момента перехода синусоиды фазного напряжения через ноль из-за индуктивной составляющей. Готовые УПП содержат симисторы, включаемые в одну, две или все три фазы, причём, при соединении обмоток треугольником, возможно включение симисторов не в фазу питания, а в разрыв обмотки. В этом случае ток через симистор снижается в 1,73 раза и позволяет выбрать менее мощное и более дешёвое УПП, но удваивает число необходимых кабелей (с допустимым током в те же 1,73 раза ниже).

Рис. 6

Входной контактор не обязателен только при отсутствии требований к гальванической развязке.

В пользу выбора одно- или двухфазных УПП говорят только более низкая цена в сочетании с возможностью использования в конкретном механизме.

Однофазное регулирование. Через нерегулируемые фазы при разгоне двигателя протекает ток, соответствующий скольжению и моменту в конкретный момент времени. Поскольку время разгона больше вследствие плавности характера процесса пуска, тепловой режим нерегулируемой обмотки может оказаться даже хуже, чем при прямом пуске. Следует также отметить, что само по себе однофазное УПП не может аварийно остановить трёхфазный двигатель, максимум, что он может - выдать аварийный сигнал. Таким образом, схема применяется только там, где требуется смягчить пусковые удары в механической нагрузке в диапазоне мощностей до 11 кВт, а плавное торможение, длительный пуск и ограничение пускового тока не требуются. В связи с удешевлением тиристоров однофазные УПП снимаются с производства, замещаясь двухфазными, поэтому в настоящей статье более не рассматриваются.

Двухфазное регулирование. Есть ограничение пускового тока, но несимметричность его ограничения в момент запуска и торможения также присутствует, так как управление отпиранием тиристора только в двух фазах не позволяет питать все три фазы абсолютно одинаково. Двухфазные УПП выпускаются для двигателей мощностью до 250 кВт и более, применяются в случаях, когда узким местом при запуске является не ограничение тока до гарантированной величины, а, как и для однофазных УПП, смягчение механических ударов. Многие модели снабжены внутренними байпасными контакторами, что удешевляет стоимость решения по запуску одного двигателя или нескольких параллельно подключенных. О роли байпасного контактора речь пойдёт ниже.

Трёхфазное регулирование. Самое технически совершенное решение, так как позво-ляет получить симметричное по фазам ограничение тока и силы магнитного поля, поэтому, в сравнении с двухфазным, при том же крутящем моменте силы в момент разгона двигателя, токовый режим максимально благоприятен и для двигателя, и для сети. Технически область применения универсальна, есть возможность применить динамическое торможение и подхват обратного хода мотора, хотя эта функция реализована не во всех моделях УПП. Мощность и напряжение питания двигателя ограничены только тепловой и электрической прочностью самих тиристоров.

Система управления и выставляемые параметры

Генерация управляющего сигнала для отпирания симисторов происходит в системе управления, которая в законченном виде (аппаратная + программная части) представляют собой ноу-хау производителя.

На рис. 7 схематически показано изменение напряжения в обмотке двигателя при изменении временного промежутка, или, что то же самое, фазового сдвига между прохождением синусоиды входного напряжения через ноль и моментом подачи управляющего сигнала в процессе пуска двигателя. Величина б называется углом отпирания тиристора и изменяется от значения менее 180 градусов или 10 мс при частоте 50 Гц в начале до нуля в момент выхода на номинальные обороты. При плавном торможении угол отпирания изменяется в обратном порядке.

Время процесса включения - это время, за которое система плавного пуска увели-чит напряжение на выходе от начального до полного.

Время выключения - это время, за которое напряжение на выходе системы снизится от полного до напряжения остановки (начального напряжения). Если время остановки равно нулю, это будет эквивалентно прямой остановке. Используется, когда необходима плавная остановка мотора, например, при работе с насосами или ленточными конвейерами.

Рис. 7 - Изменение фазового сдвига входного напряжения

Начальное напряжение. Иногда называется напряжением или крутящим моментом подставки. Это точка, в которой система мягкого пуска начинает или завершает процесс включения или выключения. Применяется для гарантированного трогания вала с места. При начальном напряжении 50% от номинального б = 90 градусов.

Рис. 8 - Полный рабочий цикл двигателя, управляемого УПП

Ограничение тока может использоваться в тех случаях, когда требуется ограничение пускового тока или при пуске под большой нагрузкой, когда трудно обеспечить хороший старт заданием только начального напряжения и времени включения. При достижении предела ограничения тока система плавного пуска временно прекратит увеличение напряжения, пока ток не снизится ниже заданного предела, после чего процесс увеличения напряжения возобновится до достижения полного напряжения. Эта функция имеется не во всех УПП.

Функция BOOST поддержки напряжения позволяет получить пусковой момент для преодоления механического трения. Применяется, когда крутящий момент при пониженном стартовом напряжении недостаточен для трогания вала с места, но основной разгон уже стартовавшего двигателя можно выполнить и от пониженного напряжения. Кривая изменения напряжения на старте показана на рис. 9.



Рис. 9 - Приложение начального напряжения BOOST, равного 100% номинального напряжения двигателя

Первые 0,2 с (10 полных периодов) тиристоры полностью открыты, и двигатель ведёт себя, как и при прямом пуске, и нагружает сеть соответствующим образом. Такая короткая по времени просадка в сети обычно не вызывает аварийных остановок других механизмов. Эта функция также имеется не во всех УПП.

Простейшие двухфазные УПП с плавным торможением на токи до 32 А собираются в пластиковом корпусе с креплением на 35 мм DIN-рейку. На передней панели находятся регулировки времени пуска, времени торможения и начального напряжения, винты клемм питания, выхода на двигатель, логических входов для подключения кнопок "Пуск" и "Стоп" и, при наличии, BOOST, и выходы сигналов ошибки и завершения процесса разгона. Более функционально продвинутые УПП позволяют устанавливать настройки и управлять процессом с интерактивной передней панели или по сетевому протоколу, реализуя, например, смену режимов пуска или последовательный запуск двигателей разной мощности.

Электромагнитная совместимость

Хотя процесс отпирания тиристора происходит лавинообразно, индуктивная составляющая сопротивления обмотки ограничивает скорость нарастания тока при включении, а выключение происходит в момент снижения тока до нуля. Специальные дроссели и фильтры ЭМС на практике не применяются. Уровень помех во всём спектре частот на порядки ниже, чем у частотного преобразователя той же мощности без дросселей и фильтров ЭМС.

корабельный электропривод двигатель контактор

Байпасный контактор

Байпасный (обходной) контактор (БК) служит для питания двигателя в установившемся режиме, минуя тиристоры и, таким образом, облегчая их тепловой режим. Выбирается по категории АС-1, так как пусковые токи стандартного прямого включения через него не протекают. Многие двухфазные УПП имеют встроенный БК.

Каскадное включение при пуске и торможении нескольких двигателей.

Рис. 10 - Последовательный пуск электродвигателей с помощью системы плавного пуска

Все двигатели одной мощности, УПП выбирается из соображений мощность/продолжительность включения/температура в месте установки.

Рассмотрим рабочий цикл привода каскадного механизма. Привод готов к пуску - КМ1 замкнут (остальные разомкнуты). Все контакторы в штатных режимах работают по категории АС-1 при условии гарантированной краткой выдержки времени между окончанием процесса замыкания стартовых контакторов и началом подачи импульсов отпирания на тиристоры. Для реализации аварийной защиты, например, от теплового пробоя тиристоров во время затянувшегося пуска, стартовые контакторы всё же целесообразно выбирать по АС-3, а для резервирования возможности прямого пуска в случае выхода из строя УПП - и рабочие контакторы тоже.

При использовании в управлении приводом простейшего микроконтроллера или программируемого реле с часами и счётчиками можно следить за моторесурсом каждого двигателя и, например, автоматически подключать в первую очередь самый «свежий» и выключать самый «уставший».

Заключение

Технология частотного регулирования одновременно с энергосбережением позволяет получить дополнительный эффект применительно к оборудованию и арматуре систем:

- снижение пусковых токов электродвигателей продлевает срок их службы;

- переключение коммутационных аппаратов в силовых цепях увеличивает их ресурс в бестоковые паузы;

- оптимизация переходных режимов и уменьшение средней скорости вращения оказывает положительное влияние на работу технологических агрегатов (в более благоприятных условиях работают сальниковые уплотнения насосов, редукторные передачи и пр.);

- контролируемое изменение напора при переключениях насосных агрегатов позволяет избежать гидравлических ударов и уменьшить вероятность разуплотнения система;

- уменьшение потребления электроприводами реактивной мощности из сети снижает потери при передаче электроэнергии и трансформации, и в ряде случаев позволяет отказаться от использования компенсирующих устройств, и др.

Преобразователи частоты (ПЧ), как правило, подключаются к существующим электродвигателям приводов. Электрические соединения в большинстве случаев очень просты и внедрение частотно-регулируемого электропривода в ЭУ и КС не потребует проведения значительных работ по модернизации и позволит минимизировать затраты.

Встроенные программируемые контроллеры современных преобразователей частоты могут быть основой локальных систем автоматического управления группами насосов или вентиляторов. При этом автоматизируется и оптимизируется работа отдельных систем или электростанций, осуществляется диагностирование оборудования, накапливается статистическая информация и пр. Это даёт возможность упростить деятельность личного состава по повседневному обслуживанию и ремонту и снизить трудоёмкость эксплуатации оборудования систем.

Использование статических полупроводниковых преобразователей в гребных электрических установках позволяет обеспечить эксплуатационные режимы движения во всем диапазоне скоростей, сохраняя при этом высокий КПД. Внедрение всережимной системы электродвижения позволяет улучшить массогабаритные характеристики, условия охлаждения, для дизельных ПЛ исключить ЭД экономического хода и др.

ПЧ обладают развитыми средствами человеко-машинного интерфейса и коммуникационными возможностями. Созданы предпосылки для использования потенциала современных информационных технологий при построении автоматизированных ЭСК на основе локальных систем автоматического управления и регуляторов с частотно-регулируемым ЭП, что позволит эффективно управлять ЭУ и КС на принципиально новом качественном уровне.

В промышленно развитых странах быстро растет рынок регулируемых ЭП. В течение последних 10 лет он увеличился вдвое. Прирост производства статических преобразователей частоты достигает 12 % в год. Эффективность частотного регулирования подтверждается фактом, что в странах Европейского экономического сообщества законодательно системой стандартов ISO запрещено применение нерегулируемого асинхронного электропривода без специального обоснования.

В результате проведенного анализа можно выделить следующие основные тенденции развития современных силовых преобразователей переменного тока.

Широкое применение активных фильтров гармоник и ШИМ - выпрямителей для улучшения входного коэффициента мощности в системах с двойным преобразованием энергии и решения проблем электромагнитной совместимости с сетью.

Гибридные структуры с АФГ на выходе преобразователя позволят не только обеспечить ЭМС преобразователя с нагрузкой, но и повысить энергетические показатели электропривода переменного тока. Однако такие структуры остаются на сегодняшний день мало изученными.

Размещено на Allbest.ru