Исследование гармонического состава потребляемого тока автоматизированного электромеханического испытательного стенда на основе асинхронно-вентильного каскада Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА

УДК 62-83-52

ИССЛЕДОВАНИЕ ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОТРЕБЛЯЕМОГО ТОКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА НА ОСНОВЕ АСИНХРОННО-ВЕНТИЛЬНОГО КАСКАДА

В. С. ЗАХАРЕНКО, И. В. ДОРОЩЕНКО, М. Н. ПОГУЛЯЕВ

Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого»,

Республика Беларусь

Введение

В данной работе рассматривается гармонический состав потребляемого тока автоматизированного электромеханического испытательного стенда на основе асинхронно-вентильного каскада.

Целью данной работы является анализ гармонического состава потребляемого тока автоматизированного электромеханического испытательного стенда на основе асинхронно-вентильного каскада.

Основная часть

Для оценки энергоэффективности и качества энергопотребления испытательного стенда на основе асинхронно-вентильного каскада необходимо использовать имитационную модель каскада с учетом реальной схемы включения обмоток статора и ротора двигателя. Имеющиеся разработки составлены на основе математической модели двигателя в координатной системе АВСаЬс [1, (3.221), (3.222)], которая справедлива только для схемы соединения обмоток статора и ротора звезда с нейтралью. А также имеются другие недостатки, связанные с упрощением модели, например, в работе [2] принято, что фазные обмотки асинхронного двигателя и трансформатора имеют одинаковые активные сопротивления и индуктивности рассеяния, сопротивление вентиля в прямом и обратном направлении не зависит от значения тока через него, что не соответствует действительности.

Нами была составлена такая модель, в которой уравнения статора, ротора и промежуточной цепи постоянного тока записывались по первому и второму законам Кирхгофа по схеме, представленной на рис. 1.

и.

*п «,п *П

*А , , іВ , , іС , ,

аУл Г N Л^_^ґ\ й^^ґ, \

а ку а ^у * <у

Рис. 1. Схема замещения асинхронно-вентильного испытательного стенда В результате получим систему уравнений:

Лі

Лі„

(

(А + 0,5Ь11 )—Г-(Ь1 + 0,5111 )—В + Ьш С08 Тэл - Ьт Н Уэл -

Лі

2п

Л

г

+

2п

Ь СОБІ У +-----------------|- Ь С0Б У

т I < эл з І т і

Лі

Л ліи (

Ла

Лі

+

Лі

+

2п

Ьт С0Б1 У эл -— I - Ьт Н У эл +~

2пЛЛ Лі

Лі

= - + и А + Яіів - ив + и 1а | Ьт віп у эл - Ьт ^ у эл - у

Л

+

+ Ші

2п

Ь БІПІ у +------------------І- Ь БІП у

т I < эл з I т !э

+ ш/

Т . ( 2п Л . (

Ь БІПІ у--------------------------------І - Ь БІПІ у +

т I < эл з І т I < эл

А + 0,5ЬП ) • —ЛВ _ (Ьі + 0,5Ьп ) • —^ + Ьт с°8(у эл - ^! - Ьт с°8(уэл + у

2пЛЛ

3 Л 5

у • Ліа

Лі

+

г

+

Ьт С0Б У эл - Ьт ^[у эл - у

Л

Ль

Лі

+

Ьт Н^У эл + у!- Ьт С0Б У э

Л

Л(_

Лі

— — Щв + ив + — ис + Юі'а

2п

2п

Л

Ьт Н У эл. - — ! - Ьт Н У эл + у

+

+ Ші

Ьт БІП У эл - Ьт ®ІП| У эл -

2п

Л

+ ш/

Ьт ^(у эл + у!- Ьт 8ІП У

^Лі і ^Лі т-і ^Лі .—г „

+ — + —с — 0; Лі Лі Лі

3

эл

эл

3

(

Ь СОБ У - Ь соб| у +

т • эл т • эл

2п

&А

“г

+

+

К, с°(у эл- 2п)- К,соб У.

У

&в

“г

+

2п

2п

+ “Г ' ^1 - “Г7 ' ^ 3 - -^2 Ъа + ^2 ЪЪ + Ю 7А

Ш т

Ьт «НТ. + Т )-Ьт -Кл - з

“Ъс

“г

+

г • т ■ I 2пЛ Ь Б1П у - Ь бш! у +----------------------

т < эл т I < эл з

+

+ ш/

Ьт Б1П[уэл - -П^- 1, МП уэ

Л

+ ш/,

2п

2п

Ьт Б1П1 У эл +— I - Ьт Ч У эл - ~

( + 0,5ЬИ )')-( + 0,5£,2 )■) +

2п

2п

Ьт С0Б1 У эл + — I - Ьт С0Б! У эл - у

А

У

&

+

Г

+

Ьт СОБ У эл - Ьт С0Б| У эл +

2п

V

“гв

“г

+

+ “ГГ • ^ 3 - Чг ■ ^ 5 - - ^2 ЪЪ + ^2 Ъс + Ш А

Ш т

Ьт С0Б|Уэл - “Н - Ьт СОБ Уэ

^ “Ъс “г

Ьт Б1П| У эл + ^3 I - Ьт Н У эл - ^

+

2п

+

+ ш/

г • I 2п

Ьт Б1П У эл - Ьт Б1П! У эл. +у

Л

+ ш/,

Т • I 2п^ Ь .

Ьт Б1П|У эл -у )- Ьт Б1П У э

Л

“га “гъ “гс

+ — + — - 0 ; “г “г “г

“Ътр.а . Т -Ьтр

“г

“р ' Ьтр + . 'Ка л ' К‘3 “а “ъ ^тр/тр а + Ктр1тръ

(1)

ш

“р ■ Ь,р ■ Ьт5 + 3 <* ■ 5 “ъ ^тр/тръ + ^тр/тр с ;

“г.

тр.а + тр.Ъ + тр.с 0 •

“ж. ь + . я - ^ ^ - ^ --/- . ^ •

“г др “г й 5 “г й 2 “г 15 “г 12 др др ;

ШЪ.. я - “к. я + ^. я - “й . я _ 0-

^ “1 ^ ^3^1. 6 4 ^5

а/ а/ а/ а/

“к. я - “3. я + “б. я - “в. я _ 01. V3 1и ^5 ^ 2 6 ^5

аг “ м м

“Ъдр “Ъ1 й12 “Ъ3 _ 0.

“г “г “г “г

“ъ “Ъа “Ъ4

+

“г “г “г

- 0;

“г2 “Ъъ й.Ъ5

—-------------------- + — - 0;

“г “г “г

3

3

Ли Лі' Ліс

Лі Лі7 Лі Лі8 Лі Лі9 Лі

Лі7

Лі

Лі8

Лі

■ + -Лі Лі

— 0;

Лі

тр.а

Лі

+ -

Лі

10

Лі

тр.Ь

Лі

Лі

тр.с

+ -

+ -

Лі

Лі11

Лі

Лі

— 0;

— 0;

Лі Лі Лі

12 — 0; Лі

• Я —- • Яі 3 +

11

Лі

Лі

• Я--------------------- • Я +

і3 її і5 ^

Лі

Лі

Лі12

Лі

• Я -

“і 6

•Я -

і2

Лідр Лі10 Лі11

Лі

12

Лі Лі Лі Лі

Лі10

Лі

Лі

• Яі 4 — 0;

Лі

11 • Яі 6 — 0;

— 0,

где уА, ув, ус, я1, ЪА, Ъв, Ъс, , МфВ, МфС - соответственно потокосцепления, актив-

ное сопротивление, токи и напряжения статора; уа, уъ, ус, я2, га, Ъъ, Ъс - соответственно потокосцепления, приведенное к статору активное сопротивление и токи ро-

иа, иь, ис - соответственно активное сопротивление, ин-

тор8.; ЯТр , ЬТр , ітр.а, іТр.ь , ^р.о ма’ МЬ ’ мс

дуктивность, токи и напряжения трансформатора; Ь1 — Ь1ст + Ьт - собственная индуктивность обмотки фазы статора; Ь1ст - индуктивность рассеяния обмотки фазы статора (по Т-образной схеме замещения); Ьт - главная взаимная индуктивность между обмотками фазы статора и фазы ротора; Ь11 - взаимная индуктивность между обмотками фаз статора; уэл - угол поворота ротора в электрических радианах; Ь2 — Ь2а + Ьт - приведенная к статору собственная индуктивность обмотки фазы ротора; Ь2с - приведенная к статору индуктивность рассеяния обмотки фазы ротора (по Т-образной схеме замещения); Ь22 - приведенная к статору взаимная индуктивность между обмотками фаз ротора; 1др - выпрямленный ток дросселя; і1 ^ і6 - токи выпрямителя; і7 ^ і12 - токи инвертора; ЯЛ1 ^ ЯЛ6 - сопротивления диодов выпрямителя, изменяющиеся в зависимости от его состояния; Яі1 ^ Я6 - сопротивления тиристоров инвертора, изменяющиеся в зависимости от его состояния; Ядр, Ьдр - активное сопротивление и индуктивность дросселя.

Уравнения механической части для исследования двигательного режима работы двигателя имеют вид:

Лиэл (м -Мс ^

Лі

ЛУ э;

Лі эл

д

где юэл - скорость вращения ротора в эл. рад/с; М - электромагнитный момент двигателя; Мс - момент сопротивления; рд - число пар полюсов асинхронного двигателя.

Уравнения механической части для исследования генераторного режима работы двигателя имеют вид:

— С0пв1;

ЛУ э.

Лі

—

(3)

Электромагнитный момент определяется выражением:

М — - Ь • р • і •

т г д

т г д А

У

2п

2п

Іа БІП У эл + Ч 8ІП! У эл + Т ! + Іс 8ІП! У эл - —

3

3

+

+

+ 1г

Ч 8ІП У эл + *'С ®Іп( У эл + у ! + 4 ®Іп( У

2п

+

и

, . , . ( 2пЛ . ( 2пЛЛ

Ч БІП У эл + га ^У эл + + Ч ^У эл - —

(4)

Производились расчеты по составленной имитационной модели методом Эйлера, для генераторного режима работы каскада на основе асинхронного электродвигателя 4АНК 250 М4. Были получены диаграммы фазных токов. На рис. 2 представлен гармонический спектр тока (при частоте сети 50 Гц, значении угла опережения в = 40°, скорости вращения генератора 625 рад/с).

1т (хш)

Рис. 2. Гармонический спектр тока: I - номер гармоники тока; ——;—— - отношение

1т (ю)

і -й гармоники к первой

На основе спектрального анализа получены следующие коэффициенты:

1) коэффициент искажения синусоидальности кривой тока:

К, — 7,707 %;

эл

3

2) коэффициенты п-й гармонической составляющей тока:

К,(2) — 1,546 %,

Кі(4) — 0,437 %, К,(6) — 0,242 %, К, (8) — 0,11 %, К(10) — 0,074 %,

К,(5) — 5,587 %, К,(7) — 5 %,

К}(3) — 0,703 %, К1 (9) — 0,154%.

Заключение

В результате проделанной работы видно, что коэффициент искажения синусоидальности кривой тока автоматизированного электромеханического испытательного стенда на основе асинхронно-вентильного каскада ниже, чем у аналогичного испытательного стенда на основе двигателя постоянного тока, но все равно выше нормы 5 % [3]. Результаты исследования дают оценку качества энергопотребления испытательного стенда на основе асинхронно-вентильного каскада.

Литература

1. Фираго, Б. И. Теория электропривода : учеб. пособие / Б. И. Фираго, Л. Б. Паляв-чик. - Минск : Техноперспектива, 2004. - 527 с.

2. Вилячкин, Л. В. Компьютерная модель асинхронно-вентильного каскада / Л. В. Вилячкин, Ю. П. Галишников // Электротехника. - 1997. - № 9. - С. 40-45.

3. Электрическая энергия. Совместимость технических средств. Электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения : ГОСТ 13109-97. - Введ. 01.01.1999. - Минск : Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белорус. гос. ин-т стандартизации и сертификации, 1999. - 31 с.

4. Асинхронно-вентильные нагружающие устройства / С. В. Хватов [и др.]. - Москва : Энергоатомиздат, 1986. - 144 с.

Получено 23.10.2008 г.