ИНЖИНИРИНГ ЗЛЕКТРОПРИВОДОВ

Расчет и выбор электроприводов непрерывного действия без рекуперации энергии торможения в электросеть

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua

Привод ЭПУ 25А с дросселем - 5500грн

Режимы разгона и торможения. Если в режиме работы механизма с боль­шим моментом инерции, требуется выполнение высокодинамичного разго­на/торможения, следует учитывать изменение момента, обусловленного инер­ционностью механизма, т. е. при разгоне необходимо обеспечивать дополни­тельный динамический момент. Согласно основному уравнению движения электропривода требуемый суммарный момент складывается из статическо­го и динамического моментов. Режим разгона/торможения механизма опре­деляется типом нагрузки. Если момент нагрузки (сопротивления) приводов насосов и вентиляторов определяется выражением Мс = Мстах(и/итах)2, то при постоянном моменте двигателя (т. е. при разгоне с контролем ограничения тока при постоянном потокосцеплении двигателя) время его разгона от нуле­вой до максимальной скорости лтах (об/мин) можно рассчитать по формуле

Рис. 3.14. Изменение моментов двига - Рис. 3.15. Пример разбиения на отрез-

Теля МдВ и нагрузки Мс при разгоне ки характеристик моментов двигате­

Ля MJB и нагрузки Мс

Где /— сумма момента инерции нагрузки и механических передач, приведен­ных к валу двигателя, и момента инерции ротора двигателя, кгм2.

Момент, требуемый для разгона механизма, определяется разностью мо­ментов двигателя и нагрузки (рис. 3.14). По окончании разгона, т. е. при скоро­сти ятах, моменты двигателя и нагрузки сравниваются. Ускорение при разгоне тем выше, чем больше отношение AfaB/Mcmax и чем ниже суммарный момент инерции системы.

Если зависимость момента нагрузки от частоты вращения отличается от квадратичной или момент двигателя не остается постоянным в период разго­на, то время разгона

_ J к "Т dп

Р ~ 30 | Мт(п)~Мс(п)

Разбив данную функцию на т отрезков, можно получить следующую ап­проксимацию (рис. 3.15):

( 1

Мдвы - AfcM Mmi - Мс, j

Для вычисления данного выражения необходимо иметь значения моментов двигателя Мт и нагрузки Мс, представленные в табличном виде. Для примера рассчитаем время разгона привода вентилятора.

Пример 3.2. Вентилятор, оснащенный редуктором с коэффициентом передачи / = 1/3, требуется разогнать до скорости ишах= 4450 мин4. Мощность, потребляемая вентилятором на максимальной скорости, Ртт = 67 кВт. Механическая характеристи­ка вентилятора приведена на рис. 3.16, а его момент инерции /в= 25 кг м2.

Максимальный момент нагрузки

Листах = ртзх9550/п = 67-9550/4450 = 143,8 Н ■ м.

Таким образом характеристику момента нагрузки вентилятора можно записать в виде

Мс = 143,8(и/4450)2.

По известному моменту инерции вентилятора выберем двигатель мощностью 75 кВт, имеющий следующие номинальные данные: Л/ДВ1ЮЧ = 484 Н м; птмоы = 1480 мин"1; 4В. ІЮМ = 134 А; /дв = 1,4 кг ■ м2.

Суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя,

J* = JJi2 + /дв = З2 ■ 25 + 1,4 = 225 + 1,4 = 226,4 кг ■ м2.

Характеристика момента нагрузки вентилятора, приведенного к двигателю, имеет следующий вид:

/ 4450

Полагая КПД редуктора г) = 1, получим

Ml ~ 3 ■ 143,8

Для управления вентилятором требуется преобразователь частоты с следующими номинальными данными: Лічном = 90 кВт; /ПчНоч = 186 А.

Ток двигателя во время разгона должен соответствовать номинальному длительно­му току преобразователя частоты. Таким образом, максимальный допустимый момент двигателя

Мзв птах ~ Л'/ ,,,,,,,,, дв max — ^и лв )/( Лівлюм — ^|Ідв) > где /двтах= Лгчном = 186 А, а ток намагничивания двигателя / дв = 0,35/дв. нОм-

.ОА,1862 -0,352 1342 484,1т—;—= 694 Н ■ м.

11342 - 0,352 134 Время разгона вентилятора до итах = 4450 мин

Mlt

М:
В генераторном режиме используются блоки рекуперации тормозной энергии в питающую сеть либо блоки торможения с встроенными или внешними тор­мозными резисторами. Использование модулей рекуперации энергии в сеть экономически оправдано для индивидуальных или многодвигательных приво­дов общей мощностью свыше 150...200 кВт, работающих в генераторном ре­жиме с определенной цикличностью. При малых значениях времени цикла — общей мощностью свыше 200 кВт. В большинстве же случаев применяются блоки торможения с встроенными или внешними тормозными резисторами.

Тормозные резисторы предлагаются производителями преобразовательной техники в качестве дополнительной комплектации к преобразователям часто­ты и выбираются исходя из конкретных параметров режима торможения по каталожным данным. Основными параметрами, служащими для выбора тор­мозных резисторов, являются: номинальное сопротивление, продолжитель­ность включения в процентах от общего времени рабочего цикла Т, пиковая МОЩНОСТЬ торможения P-rmax В ТЄЧЄНИЄ ОПрЄДЄЛЄННОГО ВРЄМЄНИ, МОЩНОСТЬ ТОр - можения в продолжительном режиме Рт2лт и температура окружающей среды. Некоторые производители указывают нагрузочную способность тормозного резистора в процентах от номинального момента конкретного привода при определенных параметрах рабочего цикла.

В общем случае пиковая мощность тормозного резистора рассчитывается по формуле Ртmax = UmaJR, где Uтах — порог срабатывания тормозного пре­рывателя преобразователя частоты (либо прерывателя внешнего тормозного модуля); R — сопротивление резистора. Как правило, табличные данные пи­ковой, номинальной или продолжительной мощности тормозного резистора указываются производителями для конкретных преобразователей частоты с учетом порога срабатывания тормозного прерывателя, настроенного по умол­чанию. Однако в некоторых случаях значение порога срабатывания может на­страиваться пользователем. Соответственно снижение данного порога влечет за собой уменьшение допустимой пиковой мощности торможения.

Например, параметры тормозных резисторов для приводов серии Simovert VC указываются из расчета цикличности торможения 90 с (рис. 3.17). Величи­на Р2о характеризует допустимую (номинальную) мощность торможения в те­чение 20 с с цикличностью 90 с, Р3 — максимальную (пиковую) мощность

/400, %'■

Торможения в течение 3 с с последующим ее линейным снижением в течение 20 с, а Рдв — это максимально допустимая длительная мощность торможения. При этом Р20 = 4РДВ; Рз = бРдв-

При выборе тормозного резистора необходимо учитывать цикличность и параметры режима торможения привода. Порядок действий при выборе тор­мозного резистора следующий.

1. Построить диаграмму изменения мощности торможения в течение рабо­чего цикла привода PT=f(t).

2. Рассчитать среднее значение мощности торможения Рт ср в течение рабо­чего цикла.

3. Выбрать тормозное сопротивление из условия Р2й > 4РТ с

4. Определить максимальную (пиковую) мощность торможения Рттах и прове­рить выполнение условия Рттлх< 1,5 Р20. Если условие не выполняется, необхо­димо выбрать тормозной резистор большей мощности.

Если реальное время цикла не равно 90 с, процедура выбора тормозного резистора сводится к построению диаграммы изменения мощности торможе­ния в течение рабочего цикла и выбору на ней отрезка времени Т= 90 с, где значение РТЛ. р максимально. Дальнейшие действия в соответствии с пунктами 3 и 4 описанной методики.

Для определения максимальной мощности торможения при проверке ус­ловия - Рттах< 1,5 Р2о необходимо рассматривать всю область построенной диаг­раммы. Если торможение привода происходит нерегулярно и случается при остановке привода, методика выбора тормозного резистора аналогична мето­дике, применяемой для времени цикла, отличного от 90 с.

Для определения мощности торможения при остановке необходимо рас­считать:

Момент торможения привода, Н-м,

Л/т = (ЛИт)/(9,55Гт),

Где Л — суммарный момент инерции вала двигателя и нагрузки, приведенной к валу двигателя, кг - м2; ят — скорость двигателя в начальный момент тормо­жения, мин1; tT — время торможения привода до полной остановки, с;

Максимальную мощность торможения, кВт,

I'Tmax = (MT«Tr1jB)/9550,

Где гідВ — КПД двигателя;

Среднее значение мощности торможения, кВт,

Р = Р /2

А т. ср 1 тгпах/

Мощность тормозного резистора можно определить на основе полученных значений средней и максимальной мощностей торможения.

Для примера рассмотрим расчет режима торможения привода вентилятора.

Пример 3.3. Привод вентилятора должен тормозиться с максимальной частоты вращения ятач= 1500 мин~' до полной остановки с помощью существующего тормоз­ного резистора. Предполагается, что нагрузка имеет квадратичную зависимость мо­мента от частоты вращения.

Данные системы электропривода следующие: номинальная мощность четырехпо - люсного двигателя Равмом = 250 кВт; номинальный ток двигателя /двлюм = 430 А; номи­нальный момент двигателя Д/дв ном= 1600 Н - м; максимальная частота вращения венти­лятора ятах = 1500 мин-1; потребляемая нагрузкой при птах мощность Ртах = 198 кВт; момент инерции вентилятора JB = 223 кг ■ м[1]; момент инерции вала двигателя JaB = = 3,6 кг м2; КПД двигателя г)лв = 0,962; номинальная мощность преобразователя частоты /пчном = 250 кВт; номинальная мощность внешнего тормозного резистора Pi о = 100 кВт; пиковая мощность торможения Рттах = 1,5^20 = 150 кВт; длительная мощность торможения РТ длнт = 25 кВт.

Для оптимального использования тормозного резистора целесообразно осуществ­лять торможение с постоянным темпом замедления, так как в случае торможения с постоянным тормозным моментом в течение одного и того же времени будет генери­роваться большая пиковая мощность торможения. При оптимизации использования тормозного резистора необходимо учитывать пиковую мощность и энергию торможе­ния, т. е. их значения должны оставаться в пределах допустимых.

1. Расчет режима торможения с постоянным темпом замедления. Найдем пиковую мощность торможения для тормозного резистора. Момент двигателя при торможении

^дВ. т Мп =мнтах(—1;

& «max )

МнтаХ=^= 19,8 000;60 =1260,5 Н-м: ^ = Таким образом,

MJB. T = Мн

Т -/27t«ma,

V «max J 60tT

Соответственно мощность двигателя в тормозном режиме

Х2 А

J 2кптах 60 /т

Максимальная мощность двигателя в тормозном режиме достигается при

J2nnlm 1

И определяется выражением

Р

Минимально возможное время торможения определяется заданной пиковой мощ­ностью торможения Р1тах с учетом Равлашх = РТта/Лдві Т-е - минимальное время тормо­жения

T — Гттп ll ^ «тахЛдв

Ттт там 10.40502Мнтя PL

' н max' т max

Л215002 ■ 0,9622

= 226,6л; 1500 з------------------------------------- т =17,52 с.

V ю -40502 1260,5 1500002

Новки с постоянным замедлением скорость двигателя п = лтах[1 - (t/tT)]. Соответствен­но мощность двигателя при торможении

__ 2к

Дв т " 60

Общий вид зависимости мощности двигателя от времени в режиме торможения нагрузки с квадратичной зависимостью момента от частоты вращения приведен на рис. 3.18. Отрицательная область характеристики соответствует режиму выделения тор­мозной энергии. Энергия, выделяемая при торможении на внешнем резисторе,

J2™L>

2 ■ 60L

Время /0 можно определить из условия Рзв = 0:

Отрицательное значение Г0 показывает, что даже в самом начале торможения тор­мозной момент превышает момент нагрузки. В этом случае значение t0 в выражении для расчета энергии торможения необходимо приравнять к нулю. Тогда

0,962 ■ 2л • 17,52 Г1260,5 ■ 1500 226,6 - 2к ■ 1500

2-60-17,52

Допустимая энергия торможения, рассеиваемая на данном тормозном резисторе за 90 с (время рабочего цикла для тормозного резистора),

: Л-.длиг90 = 25•90 = 2250 кВт-с,

Т. е. рассчитанное значение энергии находится в пределах допустимого.

Можно определить, что торможение привода должно осуществляться с минималь­ной цикличностью 7"( Ж,-/Ж,.доп)90 = 74,2 с.

Диаграммы изменения мощности и момента двигателя при торможении привода до полной остановки за 17,52 с приведены на рис. 3.19).

Проверка правильности выбора преобразователя частоты. Максимальный момент, развиваемый двигателем в режиме торможения в момент перехода через нулевую ско­рость (я = 0),

226,6 2тг 1500

= -2032 Н • м.

60/т 60-17,52

Максимальный ток двигателя, соответствующий моменту Ма1

Рис. 3.18. Зависимость мощности двигателя от вре - мени в режиме торможения нагрузки с квадра­тичной зависимостью момента от частоты вра­щения

Положим номинальный ток намагничивания двигателя /цном = 0,31/тном. Тогда /штп = j (4302 - 0,312 • 4302) + 0,312 ■ 4302 = 536 А.

Параметры выбранного преобразователя частоты:

РПч„ом = 250 кВт; /ПЧноч = 510 А; /ПЧпмх = 694 А.

Таким образом, преобразователь частоты выбран правильно. 4. Расчет режима торможения с постоянным тормозным моментом. Максималь­ная мощность торможения в этом режиме достигается при я = яшах. Момент торможе­ния определяется на основе пиковой мощности тормозного резистора:

Кв. т = -(^ттач60)/(2яятахЛдВ) = -(150 000 ■ 60)/(2л - 1500 - 0,962) = -993 Н • м.

Минимальное время торможения

_ Пкпт^ Ж^ _ 226,6 • 2к ■ 1500 11260,5 с

,П1Ш 60 ^МитйХМЖ1 1 мш, т 6071260,5 993 1 993 ' '

Т. е. при той же пиковой мощности время торможения с постоянным тормозным мо­ментом больше. Мощность двигателя при торможении в этом случае

Рдв. т = Л/двт2ли/60,

Где

П= , tgfarctgf

Л/^нтах/^лвт { [V Мжт ) J2™max

Энергия торможения здесь может быть рассчитана только численными методами. Например, при разделении участка торможения на т сегментов можно получить сле­дующую аппроксимацию:

1-т р і р

ДВТ' YJ№' (?, + ,-Г,).

/=1 £

При разбиении участка торможения на 10 сегментов энергия торможения

И^ = -1739 кВт-с.

Результаты численного расчета энергии торможения приведены в табл. 3.7.

Диаграммы изменения мощности и частоты вращения двигателя при торможении привода с постоянным моментом за 26,9 с приведены на рис. 3.20.

5. Расчет торможения с постоянным замедлением и последующим ограничением тормозного момента. При торможении с фиксированным темпом замедления момент двигателя возрастает при переходе частоты его вращения через нуль. В некоторых слу­чаях необходимо ограничивать момент торможения, например до значения номинально­го момента двигателя. Однако при этом увеличивается продолжительность торможе­ния. Для оптимизации использования тормозного резистора момент торможения ог­раничивают только при достижении максимальной мощности торможения, которая достигается на частоте вращения

Для расчета режима торможения с фиксированным темпом замедления без огра­ничения момента следует использовать ранее вычисленное время торможения timin = = 17,52 с. Момент торможения двигателя при достижении максимальной мощности

-^дв. т ^11 max

^ 1500 J 60-17,52 Момент торможения двигателя при переходе через нулевую скорость

Таким образом, ограничивать тормозной момент можно в диапазоне от -1354,4 ло -2032 Н м. В данном примере момент торможения ограничивается номинальным моментом двигателя (-1600 Н-м), что иллюстрирует диаграмма на рис. 3.21.

Сначала рассчитаем частоту я, и момент времени tx перехода в режим ограничения момента торможения:

J2Nnmax ^ д, 60/

: 1S00J—j— 226'6 2* 1500 - 1600

1260,5 60-17,52

=17.52(1-^1=7,27 с. ятях. 1500 [2]

Затем рассчитаем увеличенное время торможения

Мн mav щ М п

Ііі. мом "max

, „ 226,6 ■ 2% • 1500 ,

= 7,27 +------ , —------------- arctg

60ТЇ26О5 • 1600

В диапазоне времени от 0 до tx энергия торможения

М п

1ГІ н max "max

Рис. 3.21. Диаграмма изменения момента дви - гателя за период торможения

1260,5-1500

0,962-2л-17,52 60

226,6 ■ 2л ■ 15002 '

2-60 17,52

Для расчета энергии торможения fVr2 в данном диапазоне tx...t необходимо опре­делить мощность торможения:

^дв. т = - Л/Дв. ном2ли/60,

Где

БОУ^нша. х^дв. н

J 2кптт

В этом случае энергия торможения может быть рассчитана только численными методами. При разбиении участка торможения на 10 сегментов энергия торможения Wr2 =-815 кВт-с. Таким образом, суммарная энергия торможения

-1032 - 815 = -1847 кВт-с.

Результаты численного расчета энергии торможения приведены в табл. 3.8. Диаграммы изменения мощности и частоты вращения двигателя при торможении привода с постоянным моментом за 19,28 с приведены на рис. 3.22).

Б

Рис. 3.22. Диаграммы изменения за период тор­можения мощности (а) и момента (б) двига­теля

3.2.4. Расчет и выбор электропривода циклического действия

С рекуперацией энергии торможения в электросеть

Пример 3.4. Для примера рассмотрим расчет электропривода центрифуги. Центри­фуга оснащена асинхронным шестиполюсным двигателем с системой принудитель­ного охлаждения. Данные системы электропривода следующие: момент инерции пус­того барабана JL = 565 кг м2; момент инерции заполненного барабана Jv= 1165 кг-м2; момент инерции заполненного барабана после удаления воды JE = 945 кг м2; частота вращения при загрузке nF = 180 мин-1; частота вращения при отжиме ns = 1240 мин-1; частота вращения при выгрузке nR = 70 мин"1; время загрузки tF = 34 с; время отжима rs = 35 с; время выгрузки tR = 31,83 с; время разгона от nF до ns tbs = 45 с; время торможения от ns до nR tv= 39 с; момент при выгрузке MR = 500 Нм; момент трения fTр = 120 Н м; номинальная мощность двигателя Р2ЙАІоч = 250 кВт; номинальный ток двигателя /дв ноч = 430 А; номинальный момент двигателя М1В Н0м = 2410 Н м; номи­нальная частота вращения двигателя ятнт, = 989 мигт1; КПД двигателя г)дв = 0,96; момент инерции двигателя /1В = 7,3 кг м2.

На рис. 3.23 приведена диаграмма изменения частоты вращения центрифуги в те­чение рабочего цикла.

На диаграмме можно выделить следующие участки: 1 — разгон с частоты враще­ния выгрузки до частоты вращения загрузки. Дг, = tbF 2 — загрузка с частотой враще­ния nF, At2 = rF; 3 — разгон с частоты вращения загрузки до частоты вращения отжима, Д?3 = tbS', 4 — отжим с частотой вращения ns. А?4 = ts', 5 — торможение с частоты враще­ния отжима до частоты вращения выгрузки, А т} = Г у, 6 — выгрузка с частотой враще­ния nR, Atb = tR.

Времена t{г, rbs, ts, ty и tR указаны в исходных данных. Разгон с частоты вращения выгрузки nR до частоты вращения загрузки nF должен осуществляться с тем же ускоре­нием, что и разгон до частоты вращения ns. Таким образом

TbF=tbs{nF-nR)/{ns-nF) = A5(m - 70)/( 1240 - 180) = 4,67 с.

Суммарное время цикла Г= tbF+ tF+ tbS+ ts+ tv+ tR= 189,5 c.

Диаграмма изменения момента инерции центрифуги в течение цикла представле­на на рис. 3.24. Предполагается, что момент инерции центрифуги линейно увеличива­ется в течение загрузки (участок 2) и уменьшается при разгоне до скорости отжима (участок 3) и выгрузке (участок 6). В общем случае для момента привода при измене­нии частоты вращения и момента инерции справедливо следующее выражение:

Цикла, разбитого на 6 участков

., . 2л dп ля dJ

М = J------ +------- ,

60 df 60 df

Где M — в Н • м; / — в кг м2; п — в мин-1.

С учетом линейности характеристик n(t) и /(f) можно использовать следующие отношения:

Dn _ An dJ hJ df At ' df At'

1. Расчет момента двигателя на участках цикла. Момент двигателя необходимо рас­считывать в начальной и конечной точках каждого участка (рис. 3.25). Момент в на­чальной точке участка будем обозначать индексом 0, в конечной точке — 1. Между этими точками момент изменяется линейно.

На участке 1 при разгоне с частоты вращения выгрузки до частоты вращения за­грузки

Мшю = мдв11 = (JL + J3B)~ "F ~Пк + мтр = oil tbr

= (565 - 7,3) jg 180 ~ 70 + 120 = 1532 Н-м.

60 4,67

На участке 2 при загрузке с частотой вращения nF (An = 0; АЗф 0)

,, nnFJv-JL л ■ 180 1165 - 565 Мяв20 = мяв21 - + мтр = — + 120 = 286 Н • м.

60 tF 60 34

На участке 3 при разгоне с частоты вращения загрузки до частоты вращения отжи­ма (An ^ 0; AJФ 0)

М - а +Т 2%nS~nF mF JE-JV м __

Лвзо - Jv + •'дв^ттг—:- + ------- :---- + -

60 tbS 60 tbs

,2л 1240- 180 л-180 945- 1165 ..,, „

= (1165 + 7,3)— — +—------------ — 120 — 2966 Н м;

М _ / , , / ч ns-nF кщ JF - Jy _

Двзі - JЕ + J! m>~zK—:-------------- + тт;—: + ™тр -

60 tbS 60 tbS

,Qd< п 2K 1240 - 180 Я-1240 945- 1165 = (945 + 7,3) + + 120 = 2152 H м.

60 45 60 45

На участке 4 при отжиме с частотой вращения ns (Дп = 0; Д/= 0)

М, в40 = л/дв4, = Мтр = 120 Н • м.

На участке 5 при торможении с частоты вращения отжима до частоты вращения выгрузки (Ди * 0; AJ = 0)

2 ТС /7 /7

Мав50 = Мдв51 = (JF + JJB) — s + мтр =

= (945 - 7,3) p-70 ~ 1240 + 120 = -2872 H • м.

60 39

На участке 6 при выгрузке с частотой вращения nR (An = 0; 0)

„ кпо J і - JF,, л • 70 565 - 945 ,„„ „,„

Mw№ = Млвм =—f + Mw = —------------------------- + 120 + 500 = 576 H м.

60 tR 60 31o83

2. Проверка теплового режима работы двигателя. На определенных участках цикла двигатель работает с частотой вращения больше номинальной, таким образом попа­дая в диапазон ослабления потокосцепления. В этом диапазоне для обеспечения требу­емого момента двигателя необходим больший ток, чем в диапазоне с постоянным потокосцеплением, поэтому для проверки теплового режима двигателя целесообраз­но использовать метод среднеквадратичного тока.

Ток двигателя в диапазоне работы с постоянным потокосцеплением при п < п№ ном

Т = Ш 7~М ¥(Г2 - І2 ї + Iі

1 дв Vv дв ' дв. ном / 1 ДВ. НОМ 1 LL ном / ' 1 ц

Ток двигателя в диапазоне работы с ослабленным потокосцеплением п > идв_ном

Ток двигателя рассчитывается в начальной (с индексом 0) и конечной (с индек­сом 1) точках каждого участка. На участках J и 5 дополнительно рассматривается точка входа в диапазон работы с ослабленным потокосцеплением (с индексом FW). Для упрощения расчетов предположим, что ток двигателя на этих участках изменяется линейно. Диаграмма изменения частоты вращения центрифуги в течение рабочего цикла с выделением диапазона работы с ослабленным потокосцеплением приведена на рис. 3.26:

Д?3 w = tbs ns~ ядв. ном = 45 1240-989 = 10> 66 с.

Щ - пг

1240-180 1240 - 989 1240-70

% - nR

На участке 1 при разгоне с частоты вращения выгрузки до частоты вращения заг­рузки

Мдвю= Мдвп = 1532 Нм;

(4302 - 133,32) + 133,З2 = 292 А.

На участке 2 при загрузке с частотой вращения nF

Л4в20 = Мдв21 = 286 Н • м;

(4302 - 133,32) + 133,32 = 142 А.

На участке 3 при разгоне с частоты вращения загрузки до частоты вращения отжи­

Ма

МдВз0 = 2966 Н-м;

(4302 - 133,32) + 133,32 = 520 А;

= и - Mwil ~ Мдв3° AW = 2152 2'52 Г.2966 10,66 = 2344,8 Н ■ м;

45

(4302 - 133,32) + 133,32 = 419,5 А; MRBз, =2152 Н-м;

(4302 - 133,32)

989 j 1 1240

На участке 4 при отжиме с частотой вращения ns

Мш40 = Мдв4, = М, р = 120 Н ■ м:

I^T(4302 - 133,32)fiM 2410 989

На участке 5 при торможении с частоты вращения отжима до частоты вращения выгрузки

Л/дв50 = Мав5FW = Л/дв51 = -2872 Н • м;

2872 ^ (4302 - 133,32)f^f + 133,32 ГЖТ = 620 А;

2410

(4302 - 133,32) + 133,32 = 505 А.

На участке 6 при выгрузке с частотой вращения nR

Мдвбо = МмЬХ = 576 Н м;

(4302 - 133,32) + 133,32 = 1653 А.

Используя диаграмму, приведенную на рис. 3.27, рассчитаем среднеквадратичное значение тока двигателя центрифуги. Для участков J и 5, где ток двигателя изменяет­ся, можно записать следующее соотношение:

/2df = I (I} + IU +/,-/,+1)АГ,.

І

Тогда для всего рабочего цикла

= ьг + ІІо[3] f + ^(Цо + Hrw + hpwMhs ~AhFiv) +

+ — (I32fw + Йі + ^3fw 1 з і )AtiF]v +1l(,ts + — (/20 + / lFW + Iso^sfw )Ah fw + + Ilw (ty - At5FW) + Ji0tR = 2921 • 4,67 +1422 ■ 34 +
+ i(5202 + 419,52 +520-419,5)(45-10,66) + + ■^(419,52 + 469,92 + 419,5-469,9)10,66 + 109,32 -35 + + ^(6202 +5052 +620-505)8,37 +5052(39-8,37)+ 165,32-31,83 = 22 557 472 A2c;

_ 22 557 472 aBK"V 189,5

Рассчитанное среднеквадратичное значение тока двигателя находится в допустимых пределах, так как номинальный ток двигателя /дв ном = 430 А.

3. Расчет мощности торможения. Торможение двигателя имеет место при переходе из режима отжима в режим выгрузки на участке 5 (рис. 3.28). Тормозной момент дви­гателя при этом составляет 2872 Н • м.

Максимальная мощность торможения на звене постоянного тока при частоте вра­щения

Л max = ЛлвЛ^ = 2879255'0240 о, 96 - 0,98 = 350,8 кВт.

Минимальная мощность торможения на звене постоянного тока при частоте вра­щения nR

Рт mn = ЛдвЛжя = 0,96 - 0,98 = 19,8 кВт.

Энергия торможения центрифуги в течение рабочего цикла (см. рис. 3.28) опреде­ляется следующим образом:

WT = Pjm№ + Pjmin tv = 35Q'82+ 19,8 39 = 7226,7 кВт-с.

Среднее значение мощности торможения за рабочий цикл Л. ср= 7226,7/189,5 = 38 кВт.

Вследствие большой мощности торможения целесообразно применение преобра­зователя частоты с модулем рекуперации энергии торможения в питающую сеть.

4. Выбор преобразователя частоты. Максимальный ток двигателя 620 А (в режиме торможения), а среднеквадратичный ток 345 А. Выбранный преобразователь частоты с рекуперацией энергии в сеть имеет следующие номинальные параметры: />Пчном = = 250 кВт; /пчном = 510 А; /пч, тах = 694 А; номинальный ток в звене постоянного тока Д ном = 605 А.

5.

Проверим преобразователь на допустимый максимальный ток в звене постоянного тока в режиме рекуперации:

Л. ршах = Лтач/(1,35 Uc) = 350,8 ■ 103/( 1,35 ■ 400) = 650 А.

Допустимый ток в звене постоянного тока преобразователя в режиме рекуперации составляет 92 % от значения тока, допустимого для двигательного режима:

Д. птах = /в. но„ 1,36 0,92 = 605- 1,36-0,92 = 757 А,

Где 1,36 — значение коэффициента, учитывающего перегрузочную способность ПЧ. Таким образом, блок выпрямления/рекуперации преобразователя выбран правильно. 5. Выбор автотрансформатора для согласования модуля рекуперации с питающей сетью. При выборе согласующего автотрансформатора в первую очередь необходимо рассчитать среднеквадратичное значение тока в звене постоянного тока для режима рекуперации:

^в. р.к jj jj J ^ (-^т max "^-^ттіп ^ттах-^ттіп ) ^V/Т

540 І(350'82 + 19'82 + 35°'8 '19'8) 39/'89'5 = 175 А-

Допустимое среднеквадратичное значение тока для согласующего автотрансфор­матора с продолжительностью включения 25 % определяется следующим образом:

/в. с.к = /,„ом • 0,92^Ц = /в. ном - 0,46 = 605 - 0,46 = 278,3 А.

При работе нескольких центрифуг возможен выбор системы многодвигательного привода, состоящего из модуля выпрямлении/рекуперации, шины звена постоянного тока и автономных инверторов для каждой центрифуги. При правильном согласова­нии циклов работы центрифуг энергия, передаваемая на звено постоянного тока при торможении одними центрифугами, может использоваться другими центрифугами в двигательном режиме. Таким образом возможен выбор модуля выпрямления/рекупе­рации меньшей мощности.