Федеральное Агентство по Образованию

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
Кафедра робототехники и автоматизации производственных систем
“Энергосбережение в технологических машинах и комплексах средствами современных электроприводных систем”
Вариант 3
                                                                                                Работу выполнил: Трещенко А.В.

                                                                                                Группа 3071 ОФ

                                                                                                Работу проверил: Латышко В.Д.
Санкт-Петербург

2009 г.
Задание
                                                                                                                         Таблица 1

Вариант	АД: ,В; ,%; ; Pд, кВт; k; N	Выпрямитель: ,В; ,А	1ф нагрузка: U,В; ,кВт;	Трансформатор: ,кВА; ,%	Трехфазная нагрузка: P, кВт;
1	380/220	400	380	63	24
	74.6	45	11,	6.1	0.66
	0.72
	11
			0.75
	5.9
	30

Требуется :

1.      Выбрать напряжение трехфазной сети и схему выпрямителя. Составить схему включения.

2.      Определить полную суммарную мощность и по фазам (S), Cosφ суммарный и по фазам, ΔU% при пуске двигателя, падение напряжения от гармоник (u_k, k=nm±1).

3.      Проверить соответствие рассчитанных параметров стандартам и принять меры по удовлетворению этим требованиям.

4.      Обеспечить Cosφ_Σ0,95.
Выбор напряжения трехфазной сети и схемы выпрямителя
Основываясь на данных, приведенных в таблице 1,  выберем питающую сеть с напряжением 380/220В. Для обеспечения требуемых параметров выпрямленного напряжения возьмём трёхфазный мостовой выпрямитель с комбинированной коммутацией вентилей. На входе выпрямителя ставим токоограничивающие реакторы.

Принципиальная схема включения устройств приведена на рис. 1.

Рис.1 Схема включения устройств

Определение полной суммарной мощности и полной мощности по фазам
Определим активные и реактивные мощности всех устройств (двигатель, однофазная нагрузка, трехфазная нагрузка, выпрямитель), подключенных к сети.
Расчет мощностей двигателя


Ток двигателя в номинальном режиме и при пуске



Рассчитаем составляющие мощности двигателя по фазам:
- активная



- реактивная


Рассчитаем полную мощность двигателя:


Расчет мощностей однофазной нагрузки
Определим ток нагрузки

,

где
Рассчитаем составляющие мощности однофазной нагрузки по фазам А и В:
- активная




- реактивная



Рассчитаем полную и реактивную мощности однофазной нагрузки:








Расчет мощностей преобразователя
Рассчитаем максимальное значение выпрямленного напряжения () при :

,

где  - число пульсаций схемы выпрямителя;  - линейное напряжение сети.
Определим угол регулирования α2 (при α1=0) из соотношения:




Отсюда вычислим мощности преобразователя :






Ток, потребляемый преобразователем и его :



Расчет мощностей трехфазной симметричной нагрузки


Определим ток нагрузки:

Рассчитаем мощность трехфазной нагрузки:
- реактивную

- полную

Расчет полной мощности и распределения мощностей по фазам
Рассчитаем значения  суммарного и по фазам, для этого рассчитаем значения активных, реактивных и вычислим величины полных мощностей.
Активные мощности – суммарная и по фазам







Вычислим реактивную мощность







Вычислим загруженность каждой фазы







Тогда  суммарный и по фазам








Определение падения напряжения  при пуске двигателя
Определим падение напряжения  при пуске двигателя, рассчитав для этого значение номинального тока трансформатора


,

где - реактивная составляющая пускового тока двигателя. Поскольку величина падения напряжения  менее 10%, оговоренных ГОСТом, то нет необходимости принимать дополнительные меры по ее уменьшению.
При учёте допущения (ток пусковой чисто реактивный)

Тогда в этом случае если величина падения напряжения  более 10%, оговоренных ГОСТом, то необходимо принять дополнительные меры, например, применить устройство плавного пуска двигателя, переключать обмотку статора с треугольника на звезду как показано на рисунке 2 (в этом случае пусковой ток уменьшится в три раза и соответственно момент уменьшится в три раза, но для нашего случая это не значимо, так как двигатель запускается без нагрузки.


 

Рис.2 Переключение питания двигателя с «треугольника» на «звезду»

.
При использовании устройства плавного пуска – можно также выставить ограничения тока в три номинала (использую пуск через УПП).

Вычисление значения падения напряжения в результате действия высших гармоник
Для этого рассчитаем сопротивление фазы трансформатора для различных гармоник



Определим полный ток первой гармоники:

Зная величину тока первой гармоники, определим значения токов пятой и седьмой гармоник ( для ), но так как выпрямитель  является пол управляемый, то будет влияние схемы с , тогда необходимо определить значения токов для второй, четвёртой, восьмой, десятой гармоник:    












Откуда падение напряжения от гармоник:

Что в процентном отношении относительно фазного напряжения

Т.к. падение напряжения от гармоник 2, 5, 7 удовлетворяет требованиям ГОСТа, а падение напряжения от гармоник 4, 8, 10 не удовлетворяет требованиям ГОСТа, то на входе преобразователя надо ставить фильтр гармоник.
Рассчитаем частоту 4-ой гармоники тока:



Выберем необходимые элементы фильтра из условия, что


Фильтр для 4-й гармоники

;

;
Фильтр для 8-й гармоники

;

;
Фильтр для 10-й гармоники

;

;
Функциональная схема фильтра представлена на рисунке 3



Рис.3 Фильтр гармоник
Определение падения напряжения от токов прямой, обратной и нулевой последовательностей
Определим соответствующие падения напряжения отдельно для однофазной нагрузки, затем сделаем вывод о необходимости симметрирования.
Для однофазной нагрузки
Эквивалентная схема с однофазной активно-индуктивной нагрузкой приведена на рис. 4.


Рис.4 Эквивалентная схема с однофазной нагрузки
Эквивалентные активная и индуктивная нагрузки:

;


Определим прямую и обратную последовательности тока, потребляемого однофазной нагрузкой:



Определим падение напряжения от токов прямой и обратной последовательностей:



Для преобразователя
Эквивалентные активная и индуктивная нагрузки:

;


Определим прямую и обратную последовательности тока, потребляемого однофазной нагрузкой:




Т.к. падение напряжения от токов обратной последовательности  менее 2%, то нет необходимости в дополнительном симметрировании.
Обеспечение Cosφ_Σ≥0,95
Для обеспечения значения  необходимо чтобы было выполнено условие



Отсюда выражаем  и получаем:



Возьмём  и найдём мощность конденсаторной установки по следующему выражению:


Рассчитаем ёмкости конденсаторов в установке:



Схема включения конденсаторов приведена на рис.5.



Рис.5 Конденсаторная установка


На рис.7 приведена доработанная схема питания (приложение 1)