Курсовая работа (т): Частотно-регулируемый электропривод питательного насоса ТЭЦ

Сухие трансформаторы с естественным воздушным охлаждением в основном предназначены для установки в сухих закрытых помещениях (с относительной влажностью воздуха не выше 80% и отсутствии в атмосфере агрессивных веществ и пыли).

В данном курсовом проекте был выбран силовой сухой трансформатор типа TR с литой изоляцией из эпоксидной смолы мощностью 20000 кВА напряжением до 36кВ производства Tesar.

Сухие трансформаторы Tesar обладают высокой надежностью, простотой эксплуатации, компактностью, пожарной и экологической безопасностью. Сухие трансформаторы применяются в различных отраслях промышленности с жесткими требованиями пожаро- и взрывобезопасности.

Соответствие сухих трансформаторов Tesar ГОСТ и стандартам CEI и IEC:

- Силовые сухие трансформаторы Tesar соответствуют всем российским и международным стандартам;

По электромагнитной совместимости сухие трансформаторы Tesar соответствуют требованиям Директивы Совета европейских сообществ по электромагнитной совместимости 89/336/ЕЕС, что доказано испытаниями, проведенными в специальных лабораториях;

Завод сухих трансформаторов Tesar Srl является одним из немногих производителей сухих трансформаторов, полностью отвечающих новейшим требованиям стандарта IEC60076-11. Данный стандарт включает требования для испытаний на перегрев, на частичный разряд, на соответствие классам окружающей среды, климатическим и классам пожаробезопасности на одном образце сухого трансформатора;

Производство сухих трансформаторов Tesar сопровождается типовыми и специальными испытаниями в современных лабораториях завода, оснащенных согласно стандарту IEC60076-11.

Основные характеристики трансформатора представлены в таблице 2.5.

Рис. 6. Общий вид трансформаторов ТR-20000

Цифрами в обозначении трансформатора указывают номинальную мощность в киловольт-амперах и через косую черту класс напряжения обмотки ВН в киловольтах. Кроме того, в обозначении указывают: год выпуска рабочих чертежей трансформаторов Данной конструкцию (две последние цифры); климатическое исполнение и категорию размещения (ГОСТ 15150-69).

Таблица 2.5 - Технические характеристики сухих трансформаторов TR-20000

В результате проведенной работы к двигателю СТД-8000 был подобран преобразователь частоты ВЧРП-ТМ напряжением на 10 кВ с диодами и IGBT транзисторами, а также входной трансформатор с воздушным охлаждением.

3. Анализ электромагнитной совместимости преобразователя частоты ВЧРП-ТМ и питающей сети

Современный регулируемый электропривод как постоянного, так и переменного тока содержит силовые преобразователи электрической энергии, выполненные на силовых полупроводниковых ключах и являющиеся дискретными устройствами.

Рост установленной мощности преобразовательных агрегатов и связанное с принципом их работы ухудшение электромагнитной обстановки обострили проблему обеспечения нормального функционирования других потребителей, подключенных к общей с преобразователями сети, т.е. электромагнитную совместимость.

Так как в курсовом проекте рассматривается ЧРЭП, то необходимо произвести расчет электромагнитной совместимости преобразователя частоты с питающей сетью.

Индуктивное сопротивление трансформатора TR-20000 найдём по формуле, мОм

,

где Uкз - напряжение короткого замыкания, %,

Ркз - мощность короткого замыкания, кВт,

Sном - полная мощность трансформатора, кВ·А,

Uб - базовое напряжение, В.

мОм.

Зная длину и марку кабельной линии, нетрудно найти его индуктивное сопротивление

,

где x0 - индуктивное сопротивление единицы длины кабельной линии, Ом/км;

L - длина кабельной линии, км.

Получим

мОм,

мОм.

Индуктивное сопротивление сети определяется двумя составляющими: индуктивным сопротивлением трансформатора и индуктивным сопротивлением кабельной линии

мОм.

Полная мощность КЗ на шинах подключения преобразователя

Вт,

где Еф - действующее значение фазного напряжения.

Номинальную мощность на выходе звена постоянного тока можно определить исходя из условия, что КПД современных автономных инверторов напряжения приблизительно равен 0,85

,

где Рпч - номинальная мощность преобразователя, Вт.

Вт.

Номинальное напряжение на выходе двухфазного двухполупериодного мостового выпрямителя определяется выражением

,

где m - число фаз;

n - число полупериодов.

Вт.

Ток на выходе выпрямителя

А.

Приведенное значение ЭДС короткого замыкания преобразователя частоты найдем по формуле

 В.

Относительное значение ЭДС короткого замыкания, куда входит вся цепь коммутации вентилей выпрямителя преобразователя частоты, определяется по формуле

 В.

Относительное значение коммутационного провала определяется параметрами делителя напряжения и рассчитывается по формуле

Угол коммутации найдём из выражения

.

Площадь коммутационного провала в точке подключения преобразователя к сети определяется из выражения

.

.

Относительная амплитуда синусной и косинусной составляющей первой гармоники коммутационных провалов

,

.

После определения синусной и косинусной составляющей первой гармоники коммутационных провалов найдём относительное действующее значение первой гармоники коммутационных провалов

.

Относительное действующее значение высших гармоник импульсов коммутационных искажений находится по формуле

.

Коэффициент несинусоидальности

.

Площадь коммутационных провалов, выраженная в процентах и электрических градусах

Как показывают расчеты, выполнение норм на качество электрической энергии по коэффициенту несинусоидальности обеспечивается, т.к. для сети 380В коэффициент искажения несинусоидальности напряжения не должен превышать 0,08. Что касается площади коммутационных провалов, то данная величина не выходит за пределы допустимых норм, которая для сети низкого напряжения составляет 420 % электрических градусов.

4. Патентная проработка

Главной задачей данного курсового проекта является изучение частотно-регулируемого режима работы питательного насоса типа НМ - 10000-210 с помощью регулируемого электропривода.

Для более подробного изучения была проведена патентная проработка. Основное внимание было направлено на поиск частотно-регулируемого электропривода.

.1 Результаты патентного поиска

Патентный поиск проводился с использованием фонда ФГУ ФИПС (РОСПАТЕНТ) по источникам патентной документации России. В связи с тем, что научные разработки в области ЧРЭП развиваются быстрыми темпами, глубина поиска составила семь лет с 2005 по 2012 гг.

Результаты поиска сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Результаты патентного поиска

4.2 Анализ результатов патентного поиска

На сегодняшний день имеется множество работ, посвященных частотно - регулируемому электроприводу. По результатам патентного поиска наиболее близким к теме курсового проекта является - патент №112550 « Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод».

В патенте № 112550 «Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод» от 19.07.2011 года описывается высоковольтный частотно регулируемый электропривод, содержащий электродвигатель и энергетический модуль, состоящий из последовательно соединенных многообмоточного трансформатора, регулируемого преобразователя высокой частоты и системы управления, отличающийся тем, что введен нерегулируемый преобразователь высокой частоты, содержащий инвертор напряжения, выходом соединенный с первичной обмоткой многообмоточного трансформатора, выполненного высокочастотным; конденсатор фильтра, выпрямительный блок, вход которого предназначен для подсоединения к промышленной сети, например, через трехфазный реактор.

В патенте № 2397602 «Частотно-регулируемый привод и способ снижения тока утечки на землю и защиты транзистора» от 30.12.2005 года описывается одна из проблем ЧРЭП. При необходимости иметь малые токи утечки на землю использование частотно-регулируемых приводов в приложениях на среднее напряжение может быть осложнено. Необходимость малого тока утечки на землю возникает в потенциально взрывоопасных средах или средах, требующих пониженных электромагнитных помех. Высокочастотные токи утечки на землю с частотой до мегагерцевого диапазона могут привести к возникновению электромагнитных помех, например в радиоприемниках, компьютерах, системах, использующих штриховой код, и системах технического зрения. Техническим результатом является снижение тока утечки на землю, наводимого емкостями системы на землю при перепадах высокочастотного напряжения, и увеличение эффективной диэлектрической прочности транзисторных модулей привода, обеспечивающих выходное напряжение высоконадежного привода при заданном номинальном напряжении транзистора.

В патенте № 2331152 «Устройство для управления частотно-регулируемым электроприводом» от 26.04.2007 года описывается устройство для управления частотно-регулируемым электроприводом, которое содержит управляемый преобразователь частоты, состоящий из нерегулируемого выпрямителя, фильтра и инвертора, задатчик интенсивности, датчик ошибки ЭДС, датчик напряжения, блок сравнения. В устройство для управления введены регулятор частоты поля статора двигателя и регулятор ЭДС двигателя, функциональный преобразователь, обеспечивающий преобразование текущего значения напряжения двигателя в текущее значение ЭДС двигателя, задатчик абсолютного скольжения ротора двигателя, который задает величину скольжения, определяющую момент двигателя в пускотормозных режимах его работы. Управление работой двигателя осуществляется блоком управления инвертора, который работает по двум входным сигналам: сигналу управления частотой поля статора, подающемуся на первый его вход от регулятора частоты поля статора двигателя, и сигналу управления ЭДС двигателя, подающемуся на его второй вход от регулятора ЭДС. В зависимости от конкретного текущего значения ЭДС двигателя в любой момент времени обеспечивается соответствие текущего значения частоты поля статора двигателя текущему значению ЭДС двигателя во всех режимах его работы. Это адекватно частотному управлению с постоянством потокосцепления взаимоиндукции статора и ротора двигателя.

При использовании автоматизированных электроприводов переменного тока с преобразователями частоты и частотным управлением двигателями переменного тока возникает проблема обеспечения их быстродействия в динамических режимах и устойчивости как систем автоматического регулирования.

Техническое решение направлено на обеспечение поддержания постоянным соотношения между текущими значениями ЭДС и частоты поля двигателя при перегрузках в статических и динамических режимах, т.е. когда начинает работать токоограничение, чтобы исключить «опрокидывание» двигателя.