Перспективы развития электропривода реферат

Обновлено: 05.07.2024

За последнее время в стране и за рубежом созданы машины непрерывного действия высокой производительности как для вскрышных, так и для добычных работ. Создание таких уникальных машин вызвало значительный рост мощностей электроприводов главных механизмов.

Для главных механизмов поворота, хода, роторного колеса, конвейеров на мощных экскаваторах наиболее целесообразным является привод постоянного тока. Применение системы Г—Д обеспечивает плавное регулирование частоты вращения двигателя, требуемую форму его механической характеристики и высокие динамические качества привода.

В схемах новейших типов экскаваторов предусматривается питание обмоток возбуждения генератора от кремниевых управляемых преобразователей (система Г—Д с тиристорным возбудителем). В новом роторном экскаваторе ЭР-1250 предусмотрен двухдвигательный привод поворота по системе ТП—Д. Общий диапазон изменения скорости составляет 1:10, а рабочий диапазон — 1:4. Эта система привода является наиболее перспективной.

ЭЛЕКТРОПРИВОД И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТРАНСПОРТНО-ОТВАЛЬНЫХ МОСТОВ И ОТВАЛООБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Транспортно-отвальный мост представляет собой самоходную мостовую установку с ленточными конвейерами для транспортирования пород от вскрышных забоев на внутренние отвалы по кратчайшему расстоянию. Работают они в комплексе с одним или двумя многоковшовыми экскаваторами, иногда экскаваторы встраиваются в конструкцию моста. Схемы электрооборудования мостов связаны со схемами работающих в комплексе с ними экскаваторов.

Транспортно-отвальный мост — довольно сложное и громоздкое сооружение массой до 10 000 т и более. Общее число установленных двигателей достигает 80 и более. Это двигатели перемещения (хода), конвейеров, вспомогательных механизмов (маслонасосов, компрессоров, путепередвигателей и т. д.).

Режим нагрузки транспортно-отвальных мостов сравнительно равномерный и характеризуется незначительными кратковременными пиками. Величина потребляемой мощности определяется в основном нагрузкой двигателей конвейеров и двигателей перемещения.

Необходимость перемещения транспортно-отвального моста в процессе работы, его большая масса обусловливают исключительно важное значение механизмов хода.

Требования, предъявляемые к электроприводу механизмов хода транспортно-отвальных мостов и многоковшовых экскаваторов, в основном аналогичны. Поэтому здесь также применяется электропривод по системе Г—Д. Привод осуществляется 24 двигателями постоянного тока. Сетевой двигатель — асинхронный, короткозамкнутый.

Привод конвейерных линий транспортно-отвальных мостов, не требующий в большинстве случаев регулирования скорости, но весьма чувствительный к перегрузкам, выполняется с асинхронными двигателями с короткозамкнутым или фазным ротором.

Электропривод большинства вспомогательных механизмов осуществляется посредством асинхронных короткозамкнутых двигателей.

Транспортно-отвальные мосты являются мощными потребителями электроэнергии. Подвод питания . осуществляется при напряжении 6—35 кВ с помощью кабельных барабанов. В отдельных случаях используют контактную сеть напряжением 6 кВ.

Отвалообразователь в отличие от транспортно-отвального моста представляет собой одноопорную металлическую конструкцию, подвешенную на вантах и несущую ленточный конвейер, при помощи которого перемещают вскрышные породы от экскаватора в отвал.

По конструкции отвалообразователи делятся на две основные группы: работающие в комплексе с железнодорожным составом и работающие в комплексе с ленточными конвейерами. Первые из них имеют рельсовый ход, вторые — гусеничный или шагающий.

Для работы в комплексе с роторными экскаваторами отечественные заводы выпускают отвалообразователи производительностью 650—5000 м 3 /ч (например, ОШР-5000/95 и ОШР-4500/180).

На рис. 14.1 показана однолинейная схема электрооборудования отвалообразователя ОШ-4500/90 на шагающем ходу производительностью 4500 м 3 /ч и длиной отвальной консоли 90 м.

Общая установленная мощность двигателей всех механизмов на ОШ-4500/90 составляет 1840 кВт. Приводы поворота отвальной и приемной консолей выполнены по системе Г—Д. Остальные двигатели — асинхронные, наиболее мощные (с фазным ротором напряжением 6000 и 380 В) установлены на приемном и отвальном конвейерах, механизме шагания. Для питания низковольтных двигателей, а также освещения установлены понижающие трансформаторы ТМ1, ТМ2 и ТО.

ЭЛЕКТРОПРИВОД И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

КОНВЕЙЕРНЫХ УСТАНОВОК

Общие сведения

В горной промышленности при открытой разработке полезных ископаемых все более широкое распространение получает конвейерный транспорт. Наибольшее распространение получили ленточные конвейеры.

В качестве приводных двигателей для ленточных конвейеров применяются в основном асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым и фазным ротором в сочетании с управляемыми и неуправляемыми гидравлическими, центробежными и электромагнитными муфтами.

На конвейерах относительно небольшой длины и производительности применяется преимущественно однобарабанный однодвигателыгый привод.

Приводы конвейеров большой длины и высокой производительности, как правило, выполняются двухбарабанными и многодвигательными. В большинстве случаев для мощных конвейеров при однобарабанном приводе электропривод выполняется двухдвигательным, а при двухбарабанном приводе—двух-, трех или четырехдвигательным.

На современных мощных высокопроизводительных конвейерах общая установленная мощность электродвигателей достигает 1500 кВт и более.

При мощности двигателей более 150—200 кВт применяются высоковольтные электродвигатели напряжением 6 кВ.

Перспективы развития автоматизированного электропривода

Специфика развития современной цивилизации, особенно в последние десять лет, кардинально меняет нашу жизнь. Наибольшего внимания заслуживают две тенденции.

Сейчас в моем рабочем кабинете на работе около 60-ти! управляющих процессора. Это уже очень серьезно! Если раньше микропроцессор стоил десятки и сотни долларов, то теперь можно купить управляющий чип менее чем за доллар!

Вторая тенденция – рост стоимости энергоносителей, и всего, что связано с добывающей промышленностью. За десять лет подорожали все ресурсы. Так 1998 году мы покупали 1 литр 95-го бензина за 2 рубля 15 копеек, а теперь платим почти 22 рубля (статья написана в начале 2008 года), а копейки сейчас опять никто не считает. Как до деноминации.

Это все имеет непосредственное значение к автоматизированному электроприводу, который интегрирован в нашу жизнь и является основой производства. Сейчас просто экономически целесообразно любой электропривод делать автоматизированным, то есть компьютеризированным. Это не есть дань времени, с непреодолимым желанием впихнуть во все микропроцессор. Самое главное – это сделать его способным существенно экономить электроэнергию. Автоматика, при таком подходе, окупается за год, а иногда и быстрее.

В дополнении к этому, автоматизированный электропривод имеет ряд существенных преимуществ:

- улучшенные потребительские качества (сравните хотя бы современную стиральную машину с той, которая была у вас двадцать лет назад);

- регулирование скорости, интенсивностей разгонов и торможений, позволяет упростить, то есть удешевить механическую часть, задавать щадящие режимы для всей механики, снизить пусковые и рабочие токи, продлить жизнь механической и электрической частей;

- возможность и целесообразность делать распределенную систему управления электроприводом; - интеграция электроприводов в сеть с сервером сбора и анализа данных с возможностью удаленного доступа.

Сейчас давайте проанализируем сложившуюся ситуацию с электроприводом. Она, во многом, определяется исторически сложившимися условиями.

Основным назначением электропривода является преобразование электрической энергии в механическую и передача ее производственной машине для совершения полезной работы.

Если механизм имеет несколько приводов, то появляется еще один промконтроллер. Такой подход имеет ряд недостатков:

- высокая стоимость системы;

Теперь вернемся к перспективам автоматизированного электропривода. Основной тезис – создание распределенной системы управления, с минимизацией цены и простым и понятным способом интеграции этих приводов в общую сеть.

Теперь подробно рассмотрим преимущества такой системы. Мы имеем некоторое количество автоматизированных электроприводов с распределенной системой управления, которые объединены в сеть. Каждый отдельный привод фактически самостоятелен и может работать даже при обрыве сети. Так как количество связей у привода минимально и процессор имеет мгновенный доступ ко всем параметрам узла, то мы имеем максимальное быстродействие, гибкость и надежность! По сети происходит согласование работы электроприводов. Если мы имеем дело с автоматизированной линией или просто многоприводным механизмом, то механическая часть может быть значительно упрощена и удешевлена за счет автоматизации работы согласованных приводов.

Для управления системой может использоваться любая CAN-панель или компьютер. Управляющих задач эти устройства не выполняют, а служат, исключительно, для ввода-вывода. Если мы ставим компьютер, то получаем еще и возможность журналирования работы. Система построена максимально дружелюбно для связи с любой программой управляющей работой производства, например, 1С. Поскольку электропривод в такой системе является, действительно, автоматизированным, то за счет этого максимально задействуются алгоритмы экономии электроэнергии. Кроме того, ограничены ударные механические и электрические нагрузки!

Жизнь не стоит на месте. Производственные технологии стремительно развиваются. И мы должны четко сознавать, что краеугольным камнем в этих процессах является автоматизированный электропривод.

Сейчас в моем рабочем кабинете на работе около 60-ти! управляющих процессора… Это уже очень серьезно! Если раньше микропроцессор стоил десятки и сотни долларов, то теперь можно купить управляющий чип менее чем за доллар!

В дополнении к этому, автоматизированный электропривод имеет ряд существенных преимуществ:

— улучшенные потребительские качества (сравните хотя бы современную стиральную машину с той, которая была у вас двадцать лет назад);

— регулирование скорости, интенсивностей разгонов и торможений, позволяет упростить, то есть удешевить механическую часть, задавать щадящие режимы для всей механики, снизить пусковые и рабочие токи, продлить жизнь механической и электрической частей;

— возможность и целесообразность делать распределенную систему управления электроприводом; — интеграция электроприводов в сеть с сервером сбора и анализа данных с возможностью удаленного доступа.

Если механизм имеет несколько приводов, то появляется еще один промконтроллер… Такой подход имеет ряд недостатков:

— высокая стоимость системы;

Содержание

1. Введение………………………………………………………………………………. 3
2. Определение и структурная схема вентильно–индукторного двигателя………….4
3. Особенности ВИД……………………………………………………………………..6
4. Области применение ВИД…………………………………………………………… 9
5. Достоинства и недостатки ВИД……………………………………………………. 14
6. Особенности конструкции индукторной машины………………………………….17
7. Принцип работы ВИД………………………………………………………………. 19
8. Шумы и вибрации ВИД……………………………………………………………… 23
9. Заключение……………………………………………………………………………. 24
10. Литература……………………………………………………………………………25

Работа содержит 1 файл

Реферат.doc

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет

“Харьковский политехнический институт”

на тему «Вентильно-индукторный электропривод:

Выполнил: ст.гр. ТМ-26б Завгородний А.М.

Проверил: доц. Буряковский С.Г.

2. Определение и структурная схема вентильно–индукторного двигателя………….4

5. Достоинства и недостатки ВИД……………………………………………………. 14

6. Особенности конструкции индукторной машины………………………………….17

8. Шумы и вибрации ВИД……………………………………………………………… 23

Электрические приводы потребляют более половины всей производимой в мире электроэнергии и постоянно расширяют сферу своего применения. Все известные типы электрических машин, составляющих основу электроприводов, были изобретены еще в XIX веке, но к середине XX века широкое распространение получили только те, которые могли подключаться непосредственно к питающей сети. Это традиционные коллекторные двигатели постоянного тока, асинхронные и синхронные двигатели. Достижения в силовой и управляющей электронике привели к созданию в конце XX века надежных статических электрических преобразователей, обеспечивающих возможность плавного регулирования выходных координат электропривода и получения требуемого по технологии режима движения. Это радикально изменило возможности традиционного массового электропривода с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором по оптимизации режимов работы, экономии электроэнергии и других ресурсов. Одновременно возникла целая гамма новых электроприводов с различными типами электромеханических преобразователей. Среди них особенно выделяется один - вентильно-индукторный (ВИП) или (в англоязычной литературе) - Switched Reluctance Drive (SRD).

2. Определение и структурная схема вентильно–индукторного двигателя.

В начале 80-х годов прошлого века в иностранной научно- технической информации появились материалы о новом типе электрической машины - SRM (Switched Reluctance Motor) и электрического привода на ее основе - SRD (SR Drive). В отечественной литературе он получил акроним ВИП - вентильно-индукторный привод. С тех пор до конца столетия лавинообразно нарастало количество докладов на эту тему на различных конференциях, статей в журналах, постоянно росло число институтов и фирм, участвующих в разработке различных проектов в области SRD-технологии.

Этот тип двигателя (как, впрочем, и все остальные электрические машины) был изобретен еще в XIX веке, впервые практически применен в 20-х годах прошлого века и начал широко применяться с начала 60-х в периферийный устройствах ЭВМ (приводы считывающих головок дисководов, принтеры, графопостроители) и в так называемых приборных системах, требующих относительно небольшой мощности (от долей до сотен Вт), но достаточно высокой точности позиционирования.

Создателем SRD принято считать профессора П. Лоуренсона. Основываясь на накопленном к тому времени опыте разработки и эксплуатации шагового электропривода, он первым перешел к освоению его силовой версии. Предпосылкой к этому служили разработка и освоение массового производства мощных полупроводниковых транзисторов, способных в ключевом режиме коммутировать токи в десятки, а теперь и в сотни ампер, при напряжении в сотни вольт. Кроме того, стремительно росли возможности микропроцессорных систем управления, снимая ограничения на сложность реализуемых алгоритмов. В совокупности это привело к освоению производства статических преобразователей частоты с высокими удельными и энергетическими показателями и массовому переходу от нерегулируемого к частотно-регулируемому электроприводу на базе традиционных асинхронных (АД) и синхронных двигателей (СД).

Вентильно–индукторный двигатель – это относительно новый тип электромеханического преобразователя энергии, который сочетает в себе свойства и электрической машины, и интегрированной системы регулируемого электропривода. Как всякий электродвигатель, он обеспечивает преобразование электрической энергии, которая поступает от питающей сети, в механическую энергию, передаваемую в нагрузку. Как система регулируемого электропривода, ВИД дает возможность осуществлять управление этим процессом в соответствии с особенностями конкретной нагрузки: регулировать частоту вращения, момент, мощность и так далее. ВИД представляет собой достаточно сложную электромехатронную систему, структурная схема которой приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема ВИД.

В ее состав входят: индукторная машина (ИМ), преобразователь частоты, система управления и датчик положения ротора (ДПР). Функциональное назначение этих элементов ВИД очевидно: преобразователь частоты обеспечивает питание фаз ИМ однополярными импульсами напряжения прямоугольной формы; ИМ осуществляет электромеханическое преобразование энергии, система управления в соответствии с заложенным в нее алгоритмом и сигналами обратной связи, поступающими от датчика положения ротора, управляет данным процессом. По своей структуре ВИД ничем не отличается от классической системы регулируемого электропривода. Именно поэтому он и обладает всеми ее свойствами. Однако в отличие от регулируемого электропривода, например с асинхронным двигателем, ИМ в ВИД не является самодостаточной. Она принципиально неспособна работать без преобразователя частоты и системы управления. Преобразователь частоты и система управления являются неотъемлемыми частями ИМ, необходимыми для осуществления электромеханического преобразования энергии. Это дает право утверждать, что совокупность структурных элементов, представленных на рис. 1, является не только системой регулируемого электропривода, но и электромеханическим преобразователем энергии.

3. Особенности ВИД.

Во-первых, это предельно простая, технологичная, дешевая и надежная конструкция собственно двигателя. В нем отсутствуют существенно усложняющие технологию производства постоянные магниты, цена которых иногда составляет до половины цены всего электропривода. Отсутствует операция заливки ротора, неизбежная при производстве асинхронных двигателей. Обмотки (катушки) статора хорошо приспособлены к машинному производству, проста сборка и, что важно при массовых применениях, разборка для ремонта или утилизации. Пропитка осуществляется только собственно катушек, а не статора в целом, как у других типов машин, что также снижает долю технологических затрат.

Во-вторых, поскольку сила притяжения ферромагнитного якоря в электромагните не зависит от направления тока в катушке, фазы ВИМ питаются однополярными импульсами тока, что позволяет выбрать более надежную конфигурацию силовой схемы в сравнении с преобразователем частоты для асинхронного электропривода. Применение схемы несимметричного моста устраняет принципиальную возможность возникновения сквозных коротких замыканий в плече инвертора, не требует введения так называемого мертвого времени и компенсации его влияния на форму выходного напряжения, характерного для типовой трехфазной мостовой схемы инвертора, формирующего синусоидальные напряжения и токи за счет высокочастотной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) интервалов работы силовых ключей. Питание фаз ВИМ прямоугольными импульсами напряжения устраняет необходимость в ШИМ, что уменьшает динамические потери в силовых транзисторах, улучшает условия их охлаждения, увеличивает КПД статического преобразователя.

В-третьих, по мнению ряда авторов, основанном как на теоретических расчетах, так и на сравнении конкретных образцов двигателей, ВИП по основным массогабаритным и энергетическим показателям не уступает и даже превосходит частотно- регулируемый асинхронный привод. Это утверждение у скептиков вызывает наибольшее недоверие, поскольку их доводы основываются на известном факте, что синхронные реактивные двигатели традиционной конструкции имеют низкие энергетические и удельные показатели. Однако и сторонники ВИП в основном приводят только результаты сравнения, но не дают детального анализа причин получаемых преимуществ.

Большое разнообразие структур магнитной системы ВИМ (различные отношения ZS/ZR - базовые варианты 6/4, 8/6, 10/8 а также их мультипликация 12/8, 16/12 и др.,), возможность варьирования в достаточно широких пределах соотношений главных размеров машины, размеров и формы зубцов, различные способы коммутации фаз делают этот привод хорошо применимым как в низко- (сотни об/мин), так и высокооборотных (десятки тысяч об/мин) версиях. Благоприятные функциональные особенности и регулировочные свойства ВИП - большие моменты при низких скоростях, гибкое управление скоростью, простая реализация тормозных режимов вплоть до нулевой скорости и т. п. - делают этот привод весьма привлекательным для широкого класса применений.

Сходство и отличие между ВД и синхронными двигателями.

1. Пропорциональность между частотой вращения ротора ВД и частотой вращения магнитного поля статора.

2. В обоих типах двигателей могут использоваться синхронные машины с возбуждением от постоянных магнитов или индукторные машины с ОВ (называются при этом не синхронные двигатели, а вентильные двигатели на базе синхронной машины).

1. У синхронного двигателя частота коммутации ключей задается исходя из желаемой частоты вращения.

2. У синхронного двигателя частота вращения ротора n определяется частотой питающего напряжения f1 (n=60f1/p), а у вентильного двигателя, напротив, частота вращения поля статора определяется частотой вращения ротора (f1=pn/60), которая, в свою очередь, зависит:

- от напряжения питания и других величин, определяющих положение механической характеристики;

- от момента сопротивления.

Сходство и отличие между ВИД и коллекторными двигателями постоянного тока (КДПТ).

Оба двигателя имеют близкие по виду характеристики.

1. Функции отсутствующего механического коллектора в ВД выполняет полупроводниковый коммутатор (инвертор), а функцию щеток – датчик положения ротора.

2. Рабочая обмотка у КДПТ находится на роторе, а у ВД на статоре.

3. Число фаз у ВД мало - обычно равно трем, реже четырем, шести или большему числу. Число секций у КДПТ намного больше.

Если бы ВД имел столько же фаз, чувствительных элементов ДПР и стоек транзисторов, сколько КДПТ имеет коллекторных пластин, то по своим свойствам и характеристикам они ничем бы не отличались друг от друга. Однако увеличение числа элементов сильно усложняет конструкцию машины. Поэтому электромагнитный момент ВД имеет пульсации.

4. Области применение ВИД.

Наиболее целесообразно использовать ВИД в качестве электропривода механизмов, в которых по условиям работы требуется осуществление регулирования в широком диапазоне частоты вращения. Примером здесь могут быть электроприводы станков с числовым программным управлением и промышленных роботов. Эффективность использования ВИД существенно повышается, если необходимость регулирования частоты вращения сочетается с тяжелыми условиями работы, как это имеет место быть в электроприводах для металлургии, горнодобывающей промышленности и подвижного состава электрического транспорта. В промышленности есть большой класс устройств и механизмов, использующих нерегулируемый электропривод, где энергетическая эффективность существенно возрастает при использовании регулируемого электропривода. К таким устройствам, прежде всего, относятся компрессоры, насосы и вентиляторы. Использование здесь ВИД является весьма перспективным. Не менее перспективно применение ВИД в бытовой технике: стиральных машинах, пылесосах, кухонных комбайнах и электроинструментах. ВИД представляет собой относительно новый тип электромеханического преобразователя энергии. Поэтому его продвижение на рынке происходит достаточно медленно. Однако уже сейчас многие электротехнические фирмы мира либо рассматривают возможность серийного выпуска ВИД либо уже производят его.

Читайте также: