ELEKTRISKĀS PIEDZIŅAS JĒDZIENS Vēsturiski pirmie elektromehāniskie pārveidotāji bija dinamomašīnas un līdzstrāvas dzinēji (1870.g.). Tam sekoja strauja. - презентация

1 ELEKTRISKĀS PIEDZIŅAS JĒDZIENS Vēsturiski pirmie elektromehāniskie pārveidotāji bija dinamomašīnas un līdzstrāvas dzinēji (1870.g.). Tam sekoja strauja elektromašīnu attīstība, kas vainagojās ar gadā izgudroto trīsfāžu īsslēgto asinshrono dzinēju. Elektriskā piedziņa pārveido elektrisko enerģiju mehāniskajā un nodrošina ražošanas iekārtas vadību ar elektrību. Elektrisko piedziņu plaši izmanto visās tautsaimniecības nozarēs un tā patērē vairāk kā 70% no visas Pasaulē saražotās elektroenerģijas.

2 REGULĒJAMA ĀTRUMA ELEKTRISKĀ PIEDZIŅA Sūkņi, ventilatori, kompresori; Papīra un tekstila rūpniecība; Vilces piedziņa elektrotransportam; Lifti, pacēlāji, ceļamkrāni; Metalurģija; Elektriskie darba galdi; Mājsaimniecības patērētāji; Robotika; Mainīga ātruma vēja ģeneratori; u.c. Kur nepieciešama regulējama ātruma elektriskā piedziņa?

3 REGULĒJAMA ĀTRUMA ELEKTRISKĀ PIEDZIŅA Līdzstrāvas piedziņa Vēsturiski pirmās regulējamā ātruma piedziņas sistēmas izmantoja līdzstrāvas mašīnas. Līdzstrāvas regulējama ātruma piedziņas sistēmām ir vairākas priekšrocības: Vienkārši vadības algoritmi; Vienkārša jaudas pārveidotāja struktūra; Laba ātruma un momenta regulēšanas dinamika. Tomēr tām ir arī būtiski trūkumi: Kolektoram nepieciešama regulāra tehniskā apkope; Dārgas, apjomīgas un smagas elektriskās mašīnas; Kolektora radītie lektromagnētiskie traucējumi; Nav pieļaujama mašīnu ekspluatācija netīrā un/vai sprādzienbīstamā vidē.

4 LĪDZSTRĀVAS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI Līdzstrāvas virknes ierosmes dzinēju mehāniskās raksturlīknes Virknes ierosmes līdzstrāvas dzinējā ierosmes tinums ir slēgts virknē ar enkuru. Magnētiskā plūsma ir atkarīga no enkura strāvas un šī funkcija ir nelineāra. Griešanās frekvences samazināšanās, palielinoties M st, ir liela, jo Δn pieaug kā dzinēja ķēdes sprieguma krituma, tā plūsmas pieauguma dēļ. Rezultātā elektromehāniskā raksturlīkne ir hiperbolai līdzīga līkne

5 LĪDZSTRĀVAS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI Līdzstrāvas virknes ierosmes dzinēju mehāniskās raksturlīknes Pie mainīga enkura ķēdes sprieguma var iegūt raksturlīknes augstāk un zemāk par dabisko. Ierosmes strāvu var mainīt, šuntējot ierosmes tinumu ar pretestību. Tas nozīme, ka magnētisko plūsmu virknes ierosmes dzinējam var tikai samazināt.

6 LĪDZSTRĀVAS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI Līdzstrāvas neatkarīgās ierosmes dzinēju mehāniskās raksturlīknes Enkura ķēdes pretestības palielināšana palielina līkņu slīpumu, bet ideālās tukšgaitas griešanās ātrums nemainās. Enkura ķēdes papildpretestības ievešana samazina īsslēguma momentu Mk un tam atbilstošo īsslēguma strāvu. Šo īpašību izmanto palaišanas procesa uzlabošanai

7 Regulēt U > U N var ne vairāk par 20% komutācijas apsvērumu dēļ, bet U < U N praktiski līdz nullei. Magnētisko plūsmu parasti tikai samazina, jo nominālais dzinēja režīms ir tuvs magnētiskās sistēmas piesātinājuma zonai Līdzstrāvas neatkarīgās ierosmes dzinēju mehāniskās raksturlīknes LĪDZSTRĀVAS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI

8 Rekuperatīvā bremzēšana Ja līdzstrāvas mašīna ārējo spēku vai momentu ietekmē griežas ātrāk par ideālās tukšgaitas griešanās frekvenci, tad tai ir ģeneratora režīms ar enerģijas atdevi tīklam. Šajā rekuperatīvās bremzēšanas (ģeneratora) režīmā enkurā inducētais EDS kļūst lielāks par pieslēgspriegmu U un enkura strāva maina virzienu. Rekuperatīvo bremzēšanu var realizēt: 1.pievadot ārēju momentu, kas nodrošina n > n o ; 2.palielinot Φ (jaunā raksturlīkne iet zemāk un pārejas laikā uz šo jauno raksturlīkni darbojas rekuperatīvās bremzēšanas režīms); 3.samazinot enkuram pievadīto spriegumu; 4.izmainot dzinēja pieslēgšanas shēmu. Līdzstrāvas neatkarīgās ierosmes dzinēju bremzēšanas režīmi LĪDZSTRĀVAS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI

9 Pretslēguma bremzēšana Pretslēguma vai pretstrāvas bremzēšanas režīmā (ģeneratora režīms virknē ar tīklu) dzinēja vārpstas griešanas virziens ir pretējs, nekā tam jābūt atbilstoši slēguma shēmai. Tas notiek, piemēram, ja celšanas mehānismā paceļamais svars ir lielāks par dzinēja attīstīto īsslēguma momentu. Mehāniskā raksturlīkne pretslēguma bremzēšanas režīmā ir dzinēja raksturlīknes (1. kvadrants) turpinājums 4. kvadrantā. LĪDZSTRĀVAS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI Līdzstrāvas neatkarīgās ierosmes dzinēju bremzēšanas režīmi

10 Dinamiskā bremzēšana Dinamiskās bremzēšanas režīmā dzinēja enkuru atslēdz no tīkla un pieslēdz pretestībai vai pat nošuntē ar vadu LĪDZSTRĀVAS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI Līdzstrāvas neatkarīgās ierosmes dzinēju bremzēšanas režīmi

11 REGULĒJAMA ĀTRUMA ELEKTRISKĀ PIEDZIŅA Maiņstrāvas piedziņa Mūsdienās visplašāk izplatītie maiņstrāvas dzinēji ir asinhronie dzinēji - tie sastāda vairāk nekā 90% no visiem piedziņā izmantotajiem dzinējiem. Asinhronie dzinēji ir lēti, prasa mazākus ekspluatācijas izdevumus, jo tiem nav kolektora, turklāt tie ir vieglāki un ar lielāku drošību nekā līdzstrāvas dzinēji. Mūsdienīgas regulējama ātruma asinhronajās piedziņas priekšrocības: Laba ātruma un momenta regulēšanas dinamika; Lētas, robustas, salīdzinoši nelielas mašīnas, kam nav nepieciešama regulāra tehniskā apkope; Plašāks piedziņas ātruma regulēšanas diapazons; Trūkumi: Sarežģīta jaudas pārveidotāja struktūra; Sarežģīti vadības algoritmi.

12 ASINHRONĀS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI Asinhronās mašīnas aizvietošanas shēma Slīde s ir atkarīga no rotora ātruma

13 Asinhronās mašīnas mehāniskās raksturlīknes Asinhronās mašīnas mehāniskā raksturlīkne sastāv no divām daļām - analizējot Klosa formulu redzams, ka pie s s k – hiperbola. Asinhronās mašīnas palaišanas strāva var 5-7 reizes pārsniegt tās nominālo strāvu. ASINHRONĀS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI

14 Asinhronās mašīnas mākslīgās raksturlīknes Samazinoties statora spriegumam, raksturlīkne pārvietojas tuvāk slīdes abscisu asij. Sinhronā griešanās frekvence no paliek nemainīga. Praktiski nemainās arī kritiskā slīde. Papildpretestības statora ķēdē izsauc sprieguma kritumu uz tām un līdz ar to statoram pielikts mazāka spriegums. Dzinējam iegriežoties, tā strāva pakāpakāpeniski samazinās un samazinās sprieguma kritums uz papildpretestību. ASINHRONĀS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI

15 Asinhronās mašīnas mehāniskās raksturlīknes Ja mainām asinhronā dzinēja rotora ķēdes aktīvo pretestību, tad kritiskais moments paliek nemainīgs, bet mainās kritiskās slīdes vērtība Ieslēdzot rotora ķēdē papildus aktīvi - induktīvu pretestību, mainās kā asinhronā dzinēja kritiskais moments, tā kritiskā slīde. Tas notiek tāpēc, ka palaišanas procesā izmainās rotora strāvas frekvence un līdz ar to nepārtraukti mainās X p vērtība ASINHRONĀS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI

16 Asinhronās mašīnas mehāniskās raksturlīknes Mainot frekvenci f 1, magnētisko plūsmu dzinējā jāuztur konstantu Ф ~ U1/f1 = const. Tad praktiski nemainās asinhronā dzinēja maksimālais moments un raksturlīknes lineārās daļas slīpums paliek nemainīgs ASINHRONĀS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI

17 Asinhronās mašīnas mehāniskās raksturlīknes Rekuperatīvās bremzēšanas režīms iespējams, ja dzinēja griešanās frekvence lielāka par sinhrono. Rotorā inducētais EDS maina zīmi un mašīna nodod enerģiju baro­šanas avotam. Asinhronā mašīna ģeneratora režīmā nodod tīklā aktīvo jaudu, bet uzņem no tīkla reaktīvo jaudu magnētiskā lauka uzturēšanai. Rekuperatīvā bremzēšana iespējama, ja samazina f, palielina polu pāru skaitu p, kā arī celtņu mehānismos ar potenciālu statisko momentu. Pretslēguma bremzēšanas režīmā asinhronam dzinējam arī ir divi paveidi: ar reaktīvu un aktīvu statisko momentu. Ja ir reaktīvs pretestības moments, tad pretslēguma bremzēšanas režīmu iegūst pie dzinēja reversēšanas. Ar aktīvu pretestības momentu to iegūst palielinot rotora ķēdes papildpretestību. ASINHRONĀS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI

18 Asinhronās mašīnas mehāniskās raksturlīknes Rekuperatīvās bremzēšanas režīms iespējams, ja dzinēja griešanās frekvence lielāka par sinhrono. Rotorā inducētais EDS maina zīmi un mašīna nodod enerģiju baro­šanas avotam. Asinhronā mašīna ģeneratora režīmā nodod tīklā aktīvo jaudu, bet uzņem no tīkla reaktīvo jaudu magnētiskā lauka uzturēšanai. Rekuperatīvā bremzēšana iespējama, ja samazina f, palielina polu pāru skaitu p, kā arī celtņu mehānismos ar potenciālu statisko momentu. Pretslēguma bremzēšanas režīmā asinhronam dzinējam arī ir divi paveidi: ar reaktīvu un aktīvu statisko momentu. Ja ir reaktīvs pretestības moments, tad pretslēguma bremzēšanas režīmu iegūst pie dzinēja reversēšanas. Ar aktīvu pretestības momentu to iegūst palielinot rotora ķēdes papildpretestību. Dinamiskās bremzēšanas režīmā asinhronā dzinēja statoru atslēdz no maiņstrāvas tikla un pieslēdz līdzstrāvas avotam. Līdzstrāva statora tinumos rada laikā un telpā nemainīgu magnētisko lauku, kas kopā ar rotora strāvu izsauc bremzējošu momentu. ASINHRONĀS PIEDZIŅAS MEHĀNISKĀS RAKSTURLĪKNES UN DARBA REŽĪMI

19 REGULĒJAMA ĀTRUMA ELEKTRISKĀ PIEDZIŅA Līdzstrāvas mašīnas ātruma regulēšana ar G-D sistēmām Vēsturiski ģeneratora-dzinēja sistēma ir pirmā iekārta, ko izmantoja mainīga līdzsprieguma iegūšanai un līdzstrāvas dzinēja griešanās frekvences regulēšanai. Sistēmas galvenais enerģijas avots ir maiņstrāvas dzinējs M1, kas piedzen ģeneratoru G. Ģeneratora piedziņai var izmantot arī sinhronos vai iekšdedzes dzinējus

20 REGULĒJAMA ĀTRUMA ELEKTRISKĀ PIEDZIŅA Līdzstrāvas mašīnas ātruma regulēšana ar pusvadītāju pārveidotājiem Lai iegūtu regulējamu līdzspriegumu, elektrisko mašīnu vietā mūsdienās biežāk lieto pusvadītāju pārveidotājus

21 Asinhronās mašīnas ātruma regulēšana ar G-D sistēmām Asinhronais dzinējs Ml piedzen sistēmas G-D ģeneratoru, bet dzinējs M2 ar maināmu griešanās frekvenci piedzen sinhrono ģeneratoru G2. Ģenerators G2 ražo trīsfāzu maiņstrāvu ar mainīgu frekvenci un spriegumu. Lai saglabātu konstantu dzinēja momentu, jāuztur nemainīga at­tiecība U2/f2 = const. Tātad dzinēja M3 mehāniskās raksturlīknes iegūstamas ar piecu aptuveni līdzīgas jaudas elektrisko mašīnu palīdzību REGULĒJAMA ĀTRUMA ELEKTRISKĀ PIEDZIŅA

22 Asinhronās mašīnas ātruma regulēšana ar G-D sistēmām Ventiļu-mašīnu elektriskajā kaskādē slīdes enerģija caur taisngriezi U1 tiek pievadīta dzinējam M2, kas piedzen ģeneratoru G1. Sinhronais ģenerators G1 ražo elektroenerģiju un atdod to barošanas tīklam Ventiļu-mašīnu elektromehāniskajā kaskādē dzinēja M1 rotora slīdes enerģija caur taisngriezi U1 tiek pievadīta līdzstrāva dzinējam M2. Dzinēja M2 vārpsta savienota ar Ml vārpstu. Dzinēju M1 un M2 momenti summējas un tādā veidā slīdes enerģija tiek atdota elektromehāniskā veidā REGULĒJAMA ĀTRUMA ELEKTRISKĀ PIEDZIŅA

23 Asinhronās mašīnas ātruma regulēšana ar pusvadītāju pārveidotājiem Pusvadītāju frekvences pārveidotāju radīšana pavēra plašas pielietošanas iespējas asinhronā dzinēja griešanās frekvences regulēšanā, mainot sprieguma frekvenci. Ir izstrādāta virkne dažādu pusvadītāju frekvenes pārveidotāju shēmu. Visplašāk tiek pielietota frekvences pārveidotāja shēma ar līdzstrāvas posmu. Tāds pārveidotājs satur taisngriezi, līdzstrāvas filtru un invertoru ar impulsu platuma modulāciju. REGULĒJAMA ĀTRUMA ELEKTRISKĀ PIEDZIŅA