ЭМП, создаваемые электроприемниками с электродвигателями
Таблица 3.2
ЭМП, создаваемые электрохимическими установками
Электрохимические установки при своей работе являются источниками высших гармоник. Основными методами электрохимической обработки и получения материалов являются: электролиз, гальванотехника, размерная электрохимическая обработка.
Электролизные установки. Наиболее мощными и энергоемкими потребителями постоянного тока являются установки для электролитического получения алюминия, магния, цинка, никеля, меди, хлора, водорода, натрия и азотистых веществ. Электролиз алюминия, магния и металлического натрия представляет собой электролиз расплавленных солей. Остальные из перечисленных элементов получаются в результате электролиза водных растворов. Обычно электролизная установка состоит из группы последовательно соединенных электролизеров (электролизных ванн), называемой серией. Примерные параметры (выпрямленные напряжения и ток) применяемых серий электролиза приведены в табл. 3.2. В качестве выпрямительных агрегатов для электролизных установок используются полупроводниковые агрегаты на выпрямленный ток 12500 и 25000 А мощностью от 10 до 40 МВ×А, которые питаются на напряжении Uпит, равном 6, 10 и 35 кВ. В состав данных агрегатов входят: 1) силовой трансформатор; 2) блок уравнивающих дросселей; 3) блок дросселей насыщения; 4) блок полупроводниковых выпрямителей.
Продукт электролиза | U=, В | I=, А |
Алюминий | 450, 825, 850 | £ 200 |
Магний | 450, 600 | £ 120 |
Цинк | 300, 450, 600, 850 | £ 25 |
Никель | 230, 300, 450 | £ 18 |
Медь | 230, 300 | £21 |
Хлор | 230, 300, 450 | £100 |
Водород | £10 |
Все электролизные установки вносят в сеть высшие гармоники тока. В зависимости от схемы выпрямления электролизные установки генерируют следующие гармоники тока: 5, 7, 11 и 13-ю при шестифазной схеме; 11, 13, 23 и 25-ю при двенадцатифазной схеме.
Электролизные установки гальванотехники потребляют постоянный ток силой 100¼ 10000 А при напряжении 6¼ 48 В. В качестве источников питания гальванических ванн используются кремниевые выпрямительные агрегаты. В настоящее время применяются агрегаты, мощности которых составляют 2¼300 кВ×А, напряжение питания преобразователей переменное - 380 В.
Установки размерной электрохимической обработки материалов. Под размерной электрохимической обработкой (РЭХО) понимают процесс получения из заготовки детали требуемой формы и размеров за счет анодного растворения металла. Существуют несколько основных способов РЭХО:
1) обработка с неподвижными электродами, при этом способе получают местные облегчения в деталях, отверстия в листовых материалах, наносят информацию, удаляют заусенцы, скругляют острые кромки;
2) прошивание углублений, полостей, отверстий;
3) точение наружных и внутренних поверхностей;
4) протягивание наружных и внутренних поверхностей в заготовках, имеющих предварительно обработанные поверхности (чистовая обработка цилиндрических отверстий, нарезание резьб, шлицев, винтовых канавок);
5) разрезание заготовок (изготовление пазов, щелей, подрезка нежестких деталей);
6) шлифование (изготовление пакетов пластин из магнитомягких материалов, а также деталей из вязких и прочих сплавов).
В качестве источников питания при РЭХО используются полупроводниковые преобразователи (рис. 3.13). Установки РЭХО генерируют в сеть высшие гармоники, порядок которых зависит от схемы выпрямления.
Наибольшее распространение на промышленных предприятиях имеют ЭП с асинхронными двигателями (АД) с короткозамкнутым ротором. В момент пуска заторможенного АД он потребляет пусковой ток (содержащий апериодическую составляющую) Iп = Kп Iном.д (Kп = - коэффициент пуска). При пуске в огибающей напряжения возникает ПН сложной формы (рис. 3.14). Первый размах изменения напряжения объясняется наличием апериодической составляющей в токе, когда сопротивление АД равно пусковому. Она достаточно быстро затухает, поэтому мала. Величина размаха зависит от момента включения, предвключенного сопротивления и кратности пускового тока. Провал напряжения (равный ), по мере разворота двигателя уменьшается до . Разницаи длительность разгона определяются , суммарным маховым моментом изависимостью момента сопротивления приводного механизма от скорости. В конце разгона ток быстро спадает до нагрузочного и остается падение напряжения в нагрузочном режиме. Обычно, поэтому можно оперировать эквивалентной глубиной ПН:
,
где Uп.э - провал напряжения, создаваемый приводным электродвигателем.
а)
б)
Рис. 3.13. Принципиальные схемы тиристорного источника питания установок РЭХО:
а - схема с использованием тиристоров на первичной стороне
силового трансформатора;
б - схема с использованием тиристоров в разрыве нейтрали
звезда на первичной стороне трансформатора;
Т - тиристоры; Тр1, Тр2 - силовые трансформаторы; В - неуправляемый выпрямитель;
Др - дроссель; МЭП - межэлектродный промежуток;
1 - резистор; 2, 4 - блоки управления тиристорами; 3 - сигнал обратной связи
Рис. 3.14. Форма провала напряжения при пуске
асинхронного двигателя
Электродвигатели являются практически линейной нагрузкой. Работа АД
в составе отдельных ЭП (пресс, привод инструмента в станках автоматических линий и др.) сопровождается появлением ПН. При периодическом пуске и останове параметры провалов определяются, как указано выше. Если нагрузка на работающий двигатель возрастает от Kз1 до Kз2, то глубина провала:
,
где Кз - коэффициент загрузки.
Рассмотрим параметры ПН, создаваемых характерными ЭП с АД.
Прокатные станы. В качестве электроприводов прокатных станов используются асинхронные, синхронные и двигатели постоянного тока. Прокатные станы создают следующие виды ЭМП:
1) с асинхронными и синхронными электродвигателями - колебания и провалы напряжения;
2) с преобразователями тока - колебания, провалы и несинусоидальность напряжения.
Состав гармоник тока, генерируемых прокатными станами, питающимися от тиристорных преобразователей, зависит от фазности применяемых преобразователей. Имеются шести- и двенадцатифазные схемы. Номера гармоник тока и их величину можно определять по выражениям (3.16), (3.17).
В табл. 3.3 показаны пределы изменения ЭМП, создаваемых различными типами прокатных станов.
Таблица 3.3
Виды станов | Kнс, % | ||
Листовые горячей прокатки | -10...+5 | 1…2 | 4…14 |
Блюминги, слябинги, реверсивные станы холодной прокатки | -10...+5 | 5…20 | 10…30 |
Нереверсивные станы холодной прокатки | -10...+5 | 10…30 | - |
Прессы. Параметры ПН от кривошипных прессов во многом определяются массой маховика и практически не зависят от вида изготавливаемых деталей. Функциональной связи между усилием и глубиной провала нет.
Максимальный размах ПН при работе прессов достигает %, частота следования ПН до 0,2 Гц. Автоматические прессовые линии создают ПН глубиной до 5 % при частоте до 0,17 Гц.
Металлорежущие станки. Этот вид ЭП практически не создает ПН в процессе нормальной работы (не пуска). Провалы становятся различимыми при мощности главного привода станка более 14 кВт. Решающую роль имеет назначение станка. Так, при обследовании шлифовальных станков с АД до 30 кВт ПН не обнаружено, а у зубонарезных станков, работающих с высоким (0,7…0,8) коэффициентом загрузки, размах изменений напряжения достигал 0,6 % при мощности АД 28 кВт.
Транспортеры, вентиляторы, компрессоры. Провалы напряжения возникают в момент пуска. Параметры ПН зависят от мощности АД и характера нагрузки. Глубина ПН не превышает: у транспортеров и конвейеров 1,2 %, вентиляторов 3…5 %, компрессоров 4…6 %.