Частотно-регулируемый электропривод питательного насоса ТЭЦ

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу «Силовая электроника»

Тема «Частотно-регулируемый электропривод питательного насоса ТЭЦ»

Выполнил: студ. гр. БАЭ 11-01

В.Л. Улиханян

Проверил: канд. тех. наук, доцент

В.И. Бабакин

Уфа 2013

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших отраслей промышленного производства является энергетика. Развитие энергетики должно происходить с опережением темпов развития и роста других отраслей промышленности.

Производство электроэнергии является одним из главных показателей экономического уровня развития страны и отражает общее состояние производящих сил.

В программах индустриального развития регионов нашей страны предусматривается строительство мощных тепловых электростанций. Основным типом ТЭС являются паротурбинные электростанции, которые могут работать на любом топливе, иметь весьма большую мощность и сооружаться там, где есть потребность в тепловой и электрической энергии. При блочной схеме ТЭС, каждый блок в значительной мере является независимым элементом ТЭС, и так как строительство электростанции длится несколько лет, часто блоки второй очереди имеют более совершенную конструкцию.

С ростом населения Сибири и Дальнего Востока развивается промышленность и сельское хозяйство. Соответственно растет энергопотребление в качестве тепла и электроэнергии. Для этого требуется строительство новых и расширение существующих ТЭС.

С ростом численности населения в городе Чите возрастает потребность в тепловой и электрической энергии. Существующие ТЭС с трудом покрывают их. С этой целью предлагается проект ТЭЦ.

1. Технологическая часть

.1 Описание технологического процесса

При описании технологической установки используются некоторые термины, являющиеся специфическими для данного типа установок:

Насос - гидравлическая машина, создающая напорное перемещение жидкости при сообщении ей энергии.

Насосный агрегат (НА) - совокупность насоса, электропривода и передаточного механизма (муфта, редуктор, шкив).

Насосная установка (НУ) - комплекс оборудования, обеспечивающий требуемый режим работы насосов одного или нескольких насосных агрегатов. НУ состоит из одного или нескольких насосных агрегатов, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры, контрольно-измерительной аппаратуры, а также аппаратуры управления и защиты.

Насосная станция (НС) - сооружение, включающее в себя одну или несколько насосных установок, а также вспомогательные системы и оборудование.

Тепловая электростанция (ТЭС) - энергопредприятие, предназначенное для преобразования химической энергии органического топлива (каменного угля, мазута, природного газа, сланцев и др.) в электрическую энергию.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) - является энергетическим предприятием, предназначенным для выработки и отпуска производственным и коммунально-бытовым потребителям двух видов энергии:

)тепловой - в виде горячей воды или водяного пара;

)электрической.

Теплоэлектростанция (ТЭС, ТЭЦ) - это энергетическая установка (собственный энергоблок), работающая на базе газотурбинных или газопоршневых двигателей, которая одновременно вырабатывает несколько видов энергии (как правило, тепло и электричество).

Этот вид электростанций предназначен для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом. В ТЭЦ электроэнергия вырабатывается генераторами электрического тока. Генераторы используют механическую работу двигателей. Системы охлаждения двигателей и выхлопные газы отдают тепловую энергию в виде горячей воды или технического пара.

преобразователь диод электромагнитный транзистор

Рис.1. Технологическая схема паротурбинной электростанции, работающей на твердом топливе; 1 - электрический генератор; 2 - паровая турбина; 3 - пульт управления; 4 - деаэратор; 5 и 6 - бункеры; 7 - сепаратор; 8 - циклон; 9 - котел; 10 - поверхность нагрева (теплообменник); 11 - дымовая труба; 12 - дробильное помещение; 13 - склад резервного топлива; 14 - вагон; 15 - разгрузочное устройство; 16 - конвейер; 17 - дымосос; 18 - канал; 19 - золоуловитель; 20 - вентилятор; 21 - топка; 22 - мельница; 23 - насосная станция; 24 - источник воды; 25 - циркуляционный насос; 26 - регенеративный подогреватель высокого давления; 27 - питательный насос; 28 - конденсатор; 29 - установка химической очистки воды; 30 - повышающий трансформатор; 31 - регенеративный подогреватель низкого давления; 32 - конденсатный насос

Кроме основного оборудования, в комплекс электростанции, как видно из рассмотренной технологической схемы, входит многочисленное вспомогательное оборудование, а именно: механизированные склады твердого топлива, мазутное и газовое хозяйство, оборудование шлакозолоудаления, устройства для подготовки добавочной воды и технического водоснабжения, маслохозяйство и др.

Под технологической схемой понимают последовательный путь топлива, воды, пара и электрического тока на паротурбинной электростанции, выдающей внешним потребителям электрическую и тепловую электроэнергию. На рисунке представлена примерная технологическая схема паротурбинной электростанции, работающей на твердом топливе.

С места добычи твердое топливо доставляется на электростанцию по железной дороге в специальных саморазгружающихся вагонах «2». Вагон поступает в закрытое разгрузочное устройство «1» с вагоноопрокидывателей, где топливо высыпается в находящийся под вагоноопрокидывателем приемный бункер, из которого попадает на ленточный транспортер «6».

В зимнее время вагоны со смерзшимся углем предварительно подают для размораживания в размораживающее устройство. Транспортером уголь подается на склад угля «3» (обслуживаемый мостовым грейферным краном «4») или через дробильную установку «5» в бункера сырого угля «7», установленные перед фронтом котельных агрегатов. В эти бункера уголь может быть подан также со склада «3». Для учета расхода топлива, поступающего в котельное отделение электростанции, на тракте топлива до бункеров котельной устанавливают весы для взвешивания этого топлива.

Из бункеров сырого угля «7» топливо поступает в систему пылеприготовления: питатели сырого угля «8», а затем углеразмольные мельницы «9», из которых угольная пыль пневматически транспортируется через мельничный сепаратор «10», пылевой циклон «11» и пылевые шнеки «13» в пылеугольный бункер «12». Из, бункера «12» пыль питателями «14» подается к горелкам «17» топочной камеры.

Весь пневматический транспорт пыли от мельницы до топки осуществляется мельничным вентилятором «15». Воздух, необходимый для горения топлива, забирается дутьевым вентилятором «22» из верхней зоны котельной или снаружи, затем подается в воздухоподогреватель «21», откуда после подогрева нагнетается; частично в мельницу «9» для подсушки и транспортировки топлива в топку котельного агрегата (первичный воздух) и непосредственно к пылеугольным горелкам «17» (вторичный воздух).

Растопка пылеугольных котельных агрегатов производится на газе или мазуте. Природный газ поступает из магистрального пункта в газорегулировочный пункт, а оттуда в котельную. Мазут доставляется на электростанцию в железнодорожных цистернах, в которых он перед сливом разогревается острым паром. После разогрева мазут сливается по межрельсовому (также обогреваемому) лотку в приемный резервуар малой емкости, оттуда перекачивающим насосом подаётся в основной расходный резервуар. При растопке котельного агрегата мазут прокачивается насосом «первого подъема» через паровые подогреватели, после которых уже насосами «второго подъема» подается к мазутным форсункам,

В топке «18» и газоходах котельного агрегата «16» тепло газов, образующихся от сгорания топлива, передается последовательно воде (подаваемой в котельный агрегат питательными насосами «38») в водяном экономайзере «20», насыщенному и перегретому пару в топочных экранах и пароперегревателе «19» и воздуху, необходимому для горения топлива, в воздухоподогревателе «21». После воздухоподогревателя газы поступают в золоуловители «23» (механические, гидравлические или электрофильтры) для очистки от содержащейся в них летучей золы и затем дымососом «24» подаются в дымовую трубу «25».

При сгорании топлива образуется значительное количество шлака в топке и летучей золы, выносимой газами из котельного агрегата. Шлак (сухой раскаленный или жидкий) из шлаковых шахт топки котельного агрегата и летучая зола, осажденная в золоуловителях, смывными устройствами направляются в смывные каналы системы гидрошлакозолоудаления «26» и «27», после чего проходят металлоуловитель, шлакодробилку и поступают в багерный насос, которым перекачиваются в виде золошлаковой пульпы по золопроводам на золоотвал.

На паротурбинных электростанциях, сжигающих жидкое (мазут) и газообразное (природный газ) топливо, топливное хозяйство значительно проще, чем на пылеугольных электростанциях, и, кроме того, отсутствует необходимость в золоулавливании и шлакозолоудалении. Свежий перегретый пар после пароперегревателя «19» по паропроводу «28» направляется в ЦВД паровой турбины «31». После ЦВД пар со сниженным давлением и температурой по трубопроводу «29» поступает в промежуточный перегреватель котельного агрегата; расположенный между перегревателем свежего пара «19» и водяным экономайзером «20» и перегревается в нем снова до начальной температуры свежего пара. По трубопроводу «30» nap промежуточного перегрева поступает в ЦСД, а оттуда по верхним перепускным трубам в ЦНД и из них в конденсаторы турбины «33».

Из конденсаторов конденсат насосами «34» направляется на фильтры установки очистки конденсата, а затем в группу вертикальных регенеративных подогревателей низкого давления «35» и оттуда в деаэратор «36». Из питательного блока деаэратора «37» вода, освобожденная от растворенных в ней газов - кислорода и углекислоты питательными насосами «55» прокачивается через регенеративные подогреватели высокого давления «39» и по трубопроводам «40» и подается в водяной экономайзер котельного агрегата «20». Здесь замыкается пароводяной тракт паротурбинной электростанции. При работе электростанции в пароводяном тракте происходят потери питательной воды, которые восполняются установкой приготовления и подачи добавочной воды. Химическая очистка сырой воды производится в ионообменных фильтрах химводоочистки «46», откуда вода поступает в бак обессоленной воды, забирается насосом и подается в конденсатор турбины. Для подачи охлаждающей воды в конденсатор турбины служит система технического водоснабжения.

Охлаждающая вода подается через очистные сетки циркуляционными насосами «43» по напорным трубопроводам «44», из источника водоснабжения (в данном примере - береговой насосной станции) «41» и возвращается по сливным трубопроводам «45». Электрический генератор «32» приводится во вращение паровой турбиной и вырабатывает переменный электрический ток, который поступает на повышающие электротрансформаторы, а оттуда на сборные шины открытого распределительного устройства электростанции. К выводам генератора через трансформатор собственных нужд присоединено также распределительное устройство собственных нужд.

На схеме, представленной ниже, отображен состав основного оборудования теплоэлектроцентраль станции и взаимосвязь ее систем. По этой схеме можно проследить общую последовательность технологических процессов протекающих на ТЭЦ.

Рис 2. Схема состава основного оборудования ТЭЦ и взаимосвязь ее систем Обозначения на схеме ТЭЦ: 1 - Топливное хозяйство; 2 - Подготовка топлива; 3 - котел <#"justify">1.2 Особенности работы ТЭЦ

Основной особенностью работы любой электростанции (конденсационной или теплоэлектроцентрали с комбинированной выработкой электроэнергии и теплоэнергии) является то, что ее промышленная продукция (электрическая и тепловая энергия) потребляется в момент производства и не может вырабатываться «на склад» или в резерв. Это значит, что электростанция в каждый данный момент времени должна вырабатывать энергии ровно столько, сколько потребляют ее промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, бытовые и другие потребители.

Потребление электроэнергии у разных потребителей меняется во время суток в течение года. Оно, как правило, снижается летом и возрастает в зимнее время, неравномерно изменяется в течение недели (снижается в выходные и праздничные дни) и даже в течение одних суток, зависят от многих факторов.

Изменение мощности электростанции в зависимости от потребления энергии выражают диаграммами, называемыми графиками нагрузки. В зависимости от периода времени, который они охватывают, графики могут быть суточными, месячными, сезонными и годовыми.

Если электрическая нагрузка меняется ежесуточно в течение года в большей или меньшей степени единообразно, то отпуск тепловой нагрузки ТЭЦ в значительной степени зависит от потребителя. При использовании теплоты на технологические нужды промышленного предприятия ее расход определяется графиком работы этого предприятия. Коммунальные нужды требуют теплоту на отопление жилых, общественных и производственных зданий, на вентиляцию, горячее водоснабжение и др.

Несмотря на значительное разнообразие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: сезонную и круглогодичную.

2. Техническая часть

.1 Выбор частотного преобразователя

В данном курсовом проекте приводом насосного агрегата типа СДБ-14-46-8 был выбран синхронный двигатель серии СТД-8000 2УХЛ с замкнутым циклом вентиляции.

Технические данные насоса СДБ-14-46-8 и двигателя СТД-8000 2УХЛ приведены в таблице 2.1 и 2.2 соответственно:

Таблица 2.1 - Технические данные насоса СДБ-14-46-8

Тип насосаМощность двигателя, кВтСила тока статора, АКПД, %Масса, кгСДБ-14-46-88509694,56500

Таблица 2.2 - Технические данные двигателя СТД 8000 2УХЛ

Тип двигателяРном, кВтUном, кВnном, об/мин?, %Масса, кгСТД-8000-2УХЛ4 з.ц.в.800010300097,723000

Преобразователь частоты <#"justify">При выборе преобразователя следует учитывать то, что:

паспортная мощность частотного преобразователя (кВт) должна быть больше или равна паспортной мощности двигателя;

номинальный рабочий ток частотного преобразователя всегда должен быть больше номинального тока, потребляемого электродвигателем.

Данным требованиям удовлетворяет преобразователь частоты ВЧРП-ТМ на напряжение 10 кВт с многоуровневым IGBT инвертором.

ВЧРП-ТМ - универсальный частотно-регулируемый электропривод переменного тока для промышленных нагрузок мощностью до 17 500 кВа с номинальным выходным напряжением 3 кВ, 6 кВ и 10 кВ. Благодаря высокому качеству разработки и производства, ВЧРП-ТМ работает как с ранее установленными, так и с новыми асинхронными или синхронными двигателями.

Рисунок 3. Силовая схема ВЧРП

Силовая схема ВЧРП-ТМ состоит из входного трансформатора и однофазных ячеек ШИМ-инверторов.

Ячейки инвертора

Каждая ячейка инвертора содержит трехфазный диодный выпрямитель и однофазный IGBT инвертор, объединенные шиной постоянного тока. Ячейка модуля может быть выдвинута из направляющих для обеспечения возможности сервисного обслуживания. Все модули одинаковые. Среднее время восстановления ВЧРП-ТМ не более 30 минут.

В соответствии с требованиями эксплуатации электропривода предусмотрена система принудительного воздушного охлаждения:

забор воздуха через дверцы шкафа

восходящий поток через ячейки-инверторы и трансформатор

вытяжное устройство наверху шкафа.

Основные технические характеристики:

Мощность от 250 кВт до 8 МВт;

Работа с отклонением питающей сети 25% от номинала 3, 6, 10 кВт;

Работоспособность при полном пропадании сети в течение 0, 3 сек.;

Сейсмостойкость 9 баллов;

При изготовлении в блочно-модульном здании возможна эксплуатация при температуре от -60 до +60°С;

Высокая степень надежности (средняя наработка на отказ 100 000 часов).

Внедрение ВЧРП-ТМ дает возможность реализовать энергосберегающие программы на всех промышленных предприятиях, где используются мощные высоковольтные двигатели

Экономия электроэнергии до 25-40 %

Экономия ресурсов обслуживаемых двигателей

Снижение эксплуатационных и производственных затрат

2.2 Выбор диодов и транзисторов

.2.1 Выбор диода

Основным параметрам преобразователя частоты ВЧРП-ТМ соответствует супервысоковольтный выпрямительный диод таблеточного исполнения Д453-630 (рисунок 4). Его основные параметры представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Основные параметры диода Д453-630

Диод Д453-630 - прибор, предназначенный для высоковольтных схем преобразовательных устройств различного назначения.

Представленный диод имеет высокую стабильность прямых падений напряжений, что гарантирует им точный подбор для параллельной работы и высокую симметрию токов в силовых ветвях преобразователей на весь период эксплуатации.

Рисунок 4. Диод Д453-630

Супервысоковольтные диоды Д453-630 в преобразовательных устройствах позволяют уменьшить количество последовательно соединенных приборов, существенно упростить конструкцию силовой схемы, снизить издержки монтажа и обслуживания преобразовательного устройства, что позволяет уменьшить вес преобразователя и повысить надежность системы.

2.2.2 Выбор транзистора

Для преобразователя частоты ВЧРП-ТМ выбран высоковольтный IGBT транзистор серии BiMOSFETs IXBX75N170 фирмы IXYS. Его основные параметры представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Основные параметры IGBT транзистора IXBX75N170

№ СерииVCES, (V)IC при TC=25°C, (A)VCE(sat) max при TJ=25°C, (V)RthJC IGBT, (°C/W)td(on) (тип.) нсTr (тип.) нсtd(off) (тип.) нсTf (тип.) нсТип конфигурацииТип корпусаIXBX75N17017002003.10.1247230260580Copack (FRD)PLUS247

Рисунок 5. Транзистор IXBX75N170

2.3 Выбор трансформатора

Силовые трансформаторы с воздушным охлаждением, называются сухими трансформаторами.

В первую очередь сухие трансформаторы применяются в местах, где особое значение имеет высокий уровень безопасности людей, оборудования и окружающей среды. Сухие трансформаторы больших мощностей необходимы в электроустановках промышленных предприятий, в частности нефтехимической, металлургической, машиностроительной, целлюлозно-бумажной отраслей, а также для электроснабжения общественных зданий, сооружений, транспорта.

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

ПараметрыПод заказМощность трансформатора, кВА20000Напряжение, кВдо 36Диапазон регулирования+5%, +2,5%, 0%, -2,5%, -5%Потери х.х., Po (Вт)от 25000Потери к.з. при 75ºC, Pcc (Вт)от 100000Напряжение к.з., Vcc (%)10Ток холостого хода, Io (%)0,5Вентиляция (м3/мин.)1000Тепловыделение (Вт)от 125000Звуковое давление, LpA (дБ)82Металл обмотокАлюминийили МедьТемпературный режим:При транспортировке, хранении, эксплуатацииот -25ºС до +40ºСот -25ºС до +55ºСВысота установкидо 1000 м над уровнем моряСвыше 1000 м над уровнем моряВес, кг38000Предоставляетсяпо запросуСтепень защитыIP00, IP21, IP31, IP23Сейсмостойкостьдо 7 баллов по шкале MSKдо 9 баллов по шкале MSKГарантийный срок обслуживанияСтандартно - 18 месяцев с момента ввода в эксплуатацию, но не более 24 месяцев с момента отгрузки. Возможно увеличение гарантийного срока сухих трансформаторов TESAR при предварительном согласовании.Класс окружающей средыЕ2 (сухие трансформаторы TESAR могут использоваться в сильно загрязненной окружающей среде, а также при образовании конденсата)Класс климатического исполненияС2 (сухие трансформаторы TESAR могут работать при минимальной температуре - 25 ºС)Класс пожаробезопасностиF1 (сухие трансформаторы TESAR устойчивы к самовозгоранию, не выделяет токсичных веществ и не образует дыма).

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

.

Рассчитаем относительное действующее значение импульсов коммутационных провалов по формуле

.

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

СтранаИндекс МПКНомера авторских свидетельств и патентовВыявленные аналоги1234РоссияH02P4/002465714Способ управления частотно-регулируемым электроприводомРоссияH02Р27/042397602Частотно-регулируемый привод и способ снижения тока утечки на землю и защиты транзистораРоссияH02Р3/182374751Частотно-регулируемый привод с возможностью регенерацииРоссияН02Р23/142331152Устройство для управления частотно-регулируемым электроприводомРоссияH02P1/52112550Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод

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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была рассмотрена возможность применения частотно-регулируемого привода для магистрального насоса НМ 10000-210.

В технологической части выбран наиболее оптимальный по своим технико-экономическим характеристикам преобразователь типа ВЧРП-ТМ. Для него подобраны диоды Д453-630 и IGBT модуль фирмы IXYS типа IXBK75N170 на 1700 В. Также был подобран сухой трансформатор TR-20000 с воздушным охлаждением фирмы Tesar.

В результате проведенной патентной проработки были обнаружены некоторые недостатки частотно-регулируемого привода, которые со временем были устранены. Учитывая обобщённый опыт внедрения и эксплуатации устройств частотного регулирования электроприводов, следует отметить, что зарекомендовали они себя как весьма надёжные устройства и проблем с ними немного.

Произведен расчет электромагнитной совместимости преобразователя частоты с сетью.

На сегодняшний день частотно-регулируемый электропривод является самым эффективным способом регулирования производительности электроагрегатов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Силовая электроника: учеб. Пособие/ Бабакин В.И. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2013.

.Насосные и воздуходувные станции/ Карасев Б.И.: Мн.: ВШ, 1990.

.Курсовое проектирование по электрическому приводу ч.2/ Бабакин В.И., Солнцева Е.В.: учеб. пособие. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2013.

.Сооружение насосных и компрессорных станций/ Березин В.Л., Бобрицкий Н.В.: М.: Недра,1985. С. 77-78

.Преобразователи частоты для насосных станций/ Бару А.Ю., Эпштейн И.И.: Водоснабжение и санитарная техника, 1986, №3.

.Внедрение автоматизированных систем регулируемого электропривода в насосные установки / Гинзбург Я.Н., Лезнов Б.С.: Автоматизация и управление системами водоснабжения и водоотведения, 1986.

.Регулирование режимов работы насосной установки/ Лезнов Б.С., Чебанов В.Б.: Водоснабжение и санитарная техника, 1985, №4.

.Рекомендации по применению регулируемого электропривода в системах управления насосных установок - М.: ВНИИВОДГЕО, 1987.

.Теория электропривода: учеб. пособие/ Ключев В.И.: Энергоатомиздат, 1985.

Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образован

Больше работ по теме: