Расчет и проектирование силовой схемы автоматизированного электропривода

Для питания электродвигателей привода насосов, которые предварительно выбраны в пункте 2.5 и проверены по нагреву и перегрузке в пункте 2.6 мы будем использовать преобразователь частоты Vacon 100 industrial производство Васса, Финляндия.

Данный преобразователь предназначен для частотного управления асинхронными трехфазными электродвигателями мощностью до 37 кВт.

Область применения преобразователя: насосные станции водо - и теплоснабжения в жилищно-коммунальном хозяйстве, энергетике, технологические насосные установки в химической промышленности, станции оборотного водоснабжения на предприятиях машиностроительной и других отраслей промышленности.

Рисунок 8 - Упрощенная схема силовых цепей преобразователя частоты

Основные параметры преобразователя частоты типа 100 industrial:

- номинальное напряжение питающей сети 3×380-500 В, 50/60 Гц;

- номинальное напряжение питания приводного двигателя 3×380 В, 50 Гц;

- номинальная мощность приводного двигателя - не более 3.4 – 1180 кВт, в зависимости от конструктивного исполнения преобразователя (принимаем преобразователь 000-3L-0072-5-0140-2, рассчитанный на мощность приводного двигателя до 37 кВт);

- диапазон регулирования частоты от 2,5 до 60 Гц;

- форма выходного напряжения - импульсная, модулированная по гармоническому закону, обеспечивает квазисинусоидальную форму тока во всем диапазоне регулирования выходной частоты;

- коэффициент полезного действия преобразователя в номинальном режиме - не менее 0,9;

- коэффициент мощности преобразователя - не менее 0,95;

- преобразователь частоты предназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях в районах с умеренным климатом, климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4 ГОСТ 15150-69;

- окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая агрессивных паров и газов в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию, не насыщенная токопроводящей пылью;

- температура окружающей среды - 0…+40 -С, относительная влажность воздуха - до 100%;

- степень защиты шкафа IP54.

Преобразователь частоты обеспечивает:

- плавный запуск электродвигателя с заданным темпом;

- плавный само запуск с тем же темпом после восстановления питающего напряжения;

- регулирование (в соответствии с задающим сигналом), например, давления, развиваемого насосом в замкнутой системе регулирования давления;

- работу в нерегулируемом режиме с ручным заданием частоты напряжения питания электродвигателя;

- защиту электродвигателя и преобразователя от токов перегрузки и короткого замыкания;

- защиту электродвигателя от недопустимого снижения и превышения напряжения питающей сети;

- выработку сигналов для подключения к системе нерегулируемого электродвигателя резервного насоса и отключения его по мере необходимости;

- преобразователь имеет световую сигнализацию наличия напряжения питания и включенного состояния, индикацию частоты питания электродвигателя, срабатывания каналов защиты.

Преобразователь частоты может работать в следующих режимах:

Режим ручного управления с заданием частоты выходного напряжения от пульта управления: частота задается перед подключением преобразователя к нагрузке (электродвигателю); при работе ПЧ разгоняется до заданной частоты и работает на ней сколь угодно долго, в этом режиме сигнал от датчика внешней технологической координаты не влияет на работу электропривода, при включении привода в замкнутый контур регулирования по внешнему технологическому параметру этот режим работы электропривода может использоваться как отладочный.

Режим автоматического регулирования частоты выходного напряжения по сигналу от датчика внешней технологической координаты: частота выходного напряжения выбирается автоматически, в зависимости от текущей величины сигнала, поступающего в систему управления от датчика внешнего технологического параметра (датчика давления).

Сглаживающий дроссель L1 выбираем из расчета того, что его индуктивность должна быть как можно больше, а падение фазного напряжения на нем не должно превышать 3%. Тогда, входную мощность преобразователя определим, как:

Р_вх=Р_эд/(ŋ_эд*ŋ_пр), (2.25)

где Рэд - мощность приводного двигателя;

ŋ_эд - КПД приводного двигателя;

ŋ_пр - КПД преобразователя.

С учетом параметров, выбранных электродвигателя и преобразователя после расчетов по формуле 2.25 получаем: Рвх = 30/ (0,92*0,9) = 35 кВт.

Можно определить входной ток фазы преобразователя:

Iвх = Рвх / (3*км*Uфн), (2.26)

где км - коэффициент мощности преобразователя;

Uфн - номинальное фазное напряжение сети. После расчетов по формуле 2.26 получим:

Iвх= 35000/ (3*0,95*220) = 55,8 А.

Задавшись допустимым падением фазного напряжения на дросселе 3% от номинального, можно найти реактивное сопротивление дросселя:

Х = U_доп / I_вх. (2.27)

Произведя расчет по формуле 4.3, получаем: Х=220·3%/55.8=0,118 Ом. Зная индуктивное сопротивление легко найти индуктивность дросселя: L = Х / 2, (2.28)

где - частота питающего напряжения.

Таким образом, в соответствии с формулой 2.28 получаем:

L=0,434/314=0,00138 Гн.

Исходя из приведенных выше расчетов, предполагаем изготовить на заказ сглаживающий дроссель L1 со следующими параметрами:

- индуктивность катушки - L=0,59 мГн;

- допустимая мощность рассеяния Р=2%, Рвх=190 Вт.

Сглаживающий дроссель L2 должен иметь индуктивность согласно документации, на преобразователь [11], приблизительно равную индуктивности статора двигателя. Причем допустимая мощность рассеяния дросселя L2 не должна превышать 2% от номинальной мощности двигателя. Таким образом, предполагаем изготовить на заказ сглаживающий дроссель L2 со следующими параметрами:

- индуктивность катушки L=2 мГн;

- допустимая мощность рассеяния Р=2%, Рэд=600 Вт.

На основании сформулированных требований к электроприводу и системе автоматизации, а также выбранной системы электропривода можно заметить, что существует необходимость работы насосной установки в ручном и автоматическом режиме с периодической сменой резервного насоса и подключением, в случае необходимости, дополнительного насоса. С учетом указанных выше переключений можно составить принципиальную схему силовых цепей насосной установки. Разработанная принципиальная схема силовых цепей приведена на рисунке 9 и в приложении Б.

Рисунок 9 – Упрощенная схема силовых цепей