Электропривод насосного агрегата на основе энергосберегающего асинхронного двигателя

• Автор: Мугалимова, Алия Рифовна
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 190 с.

Оглавление
Введение
1 Объект исследования. Научно-техническая проблема. Задачи исследования
1.1 Насосы. Насосные агрегаты и установки
1.2 Электроприводы насосных агрегатов
1.3 Традиционный асинхронный двигатель как преобразователь электрической энергии в механическую
1.4 Обзор технических решений по повышению коэффициента мощности асинхронных двигателей
1.5 Научно-техническая проблема. Актуальность проблемы. Постановка задачи исследования
2 Разработка методики электромагнитного расчета энергосберегающего асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности
2.1 Разработка электрической схемы замещения асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности
2.2 Разработка математической модели линейной токовой и тепловой нагрузок асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности
2.3 Определение емкости компенсирующего конденсатора асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности
2.4 Обоснование соотношения параметров намагничивающей и компенсирующей ветвей схемы замещения асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности
2.5 Методика и алгоритм электромагнитного расчета асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности
2.6 Реконструкция традиционных асинхронных двигателей на энергосберегающие для электроприводов насосных агрегатов
2.7 Выводы и рекомендации
3 Исследование математическим моделированием энергосберегающих свойств электроприводов насосных агрегатов на основе ЭАД и ТАД

3.1 Разработка математического описания установившихся режимов нагрузок и электропотребления нерегулируемых и регулируемых электроприводов насосных агрегатов на основе ЭАД иТАД
3.2 Разработка методики и алгоритма моделирования электропотребления и энергоэффективности электроприводов насосных агрегатов на основе ЭАД
3.3 Моделирование режимов электропотребления асинхронных электроприводов насосных агрегатов. Анализ результатов моделирования
3.4 Выводы и рекомендации
4 Экспериментальные исследования электроприводов насосных агрегатов на основе ЭАД
4.1 Цели и задачи экспериментального исследования
4.2 Разработка и создание экспериментальных электроприводов на основе ЭАД и ТАД, ПЧ-ЭАД и ПЧ-ТАД насосного агрегата
4.3 Программа экспериментальных исследований электроприводов насосных агрегатов на основе ЭАД и ТАД. Результаты экспериментальных исследований
4.3.1 Экспериментальное исследование нерегулируемых электроприводов насосных агрегатов
4.3.2 Экспериментальное исследование регулируемых электроприводов насосных агрегатов
4.4 Дополнительные требования к электроприводам насосных агрегатов при применении ЭАД
Выводы и заключения по диссертационной работе
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Одним из главных ресурсов, используемых человеком для жизнеобеспечения и производственной деятельности, является вода и другие жидкости. Для их транспортирования по трубопроводам применяются насосные агрегаты и установки, приводимые в движение трехфазными асинхронными электрическими двигателями. Только на транспортирование чистых и сточных вод в РФ ежегодно расходуется не менее 120-130 млрд. кВт-часов электроэнергии, стоимость которой оценивается в 215-235 млрд. рублей. От 30-40 % электроэнергии теряется из-за сравнительно низкой энергоэффективности электроприводов насосных агрегатов и их работы с превышением напора. Это является одной из причин повышения стоимости жизнеобеспечения людей и производимой продукции. Тенденцией мирового сообщества является снижение потребления электроэнергии с целью эффективного использования ресурсов и повышения конкурентоспособности продукции. В этой связи существует проблема повышения энергоэффективности транспортирования жидкостей насосными агрегатами.
Одной из причин невысокой эиергоэффективности транспортирования жидкости является использование в электроприводах насосных агрегатов традиционных асинхронных двигателей (ТАД), потребляющих из электросети ток и реактивную мощность индуктивного характера, снижающие коэффициент мощности (coscp), электрический КПД, и, следовательно, энергетический КПД, равный их произведению.
Наиболее эффективным методом снижения энергозатрат является компенсация реактивной мощности, осуществляемая различными известными техническими средствами - компенсаторами реактивной мощности (КРМ). В системах электроснабжения 0,4 кВ насосных станций, как правило, отсутствуют КРМ. Поэтому потери электроэнергии от реактивных токов составляют не менее 20-38 % от общих электрических потерь.
Повышению энергоэффективности технических комплексов и систем транспортирования жидкости, в том числе асинхронных электроприводов насосных агрегатов, посвящены научные труды многих отечественных ученых и специалистов: Ильинский Н.Ф., Онищенко Г.Б., Лезнов Б.С., Гинзбург Я.Н. и другие.

На статоре и роторе этого двигателя размещены по две обмотки. Главная трехфазная обмотка статора не отличается от обмотки ТАД. Она подключается к электросети. Вспомогательная трехфазная обмотка, состоящая из сравнительно небольшого числа витков, подключена к щеткам на коллекторе ротора.
В роторе этого двигателя кроме обычной обмотки в виде беличьего колеса размещена еще одна обмотка, выполненная в виде обмотки постоянного тока с коллектором. Эта обмотка предназначена для компенсации сдвига фаз.
При работе двигателя, сдвигая щетки на коллекторе на надлежащий угол, можно смещать по фазе на любой угол напряжения на коллекторе Ек. Следовательно, можно добиться того, что в каждой фазе второй обмотки статора будет протекать ток опережающей фазы по отношению к напряжению сети. При малых нагрузках и холостом ходе двигатель работает с опережающим соьср, а при нагрузках (0,5-П ,0)Р2н- с соэф— 1,0. Недостатками таких двигателей являются: усложнение конструкции ротора из-за наличия коллектора и обмотки постоянного тока; увеличение массы активной меди.
Асинхронно-синхронные двигатели. Рассмотренные технические решения с компенсатором сдвига фаз и с ротором в виде якоря с коллектором не нашли широкого применения из-за отмеченных недостатков. В 1918-1920 гг появилась идея применения асинхронного двигателя в качестве синхронного с питанием обмотки ротора постоянным током. Это, так называемый в настоящее время, синхронный асинхронный двигатель [72].
Такой двигатель ничем не отличается от обычного асинхронного двигателя. Он имеет такую же, как и последний, статорную обмотку. Роторная обмотка - фазная и имеет контактные кольца. На одном валу с таким двигателем установлен возбудитель - машина постоянного тока, которая питает роторную обмотку двигателя. Описанный двигатель совмещает в себе достоинства асинхронных двигателей - простой пуск в ход с большим начальным моментом, и достоинства синхронных двигателей - высокий соьф при нормальной работе.
С развитием силовой электроники в 1960-1970 гг возбудитель асинхронного двигателя- машина постоянного тока была заменена на тиристорное выпрямитель-