Моделирование режима рекуперации в многодвигательных подъемно - транспортных механизмах Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

2. Кацман М.М. Электрический привод: учебник. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 384 с.

3. Ильинский Н.Ф., Москаленко В.В. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение: учеб. пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2008. 208 с.

V.M. Stepanov, S.V. Kotelenko

ANALYSIS OF TECHNICAL SOLUTIONS FOR RECOVERY ELECTRICITY

The existing ways of braking of electric motors, comparison of the same ways among themselves are described, methods and technical decisions, применямые for an electric power effective utilization, including, research of a generating mode in a hoisting-and-transport and railway economy are resulted. The description of the concrete technical decision allowing rationally to use the electric power and to apply in a hoisting-and-transport and railway economy, including, in multiimpellent installations is resulted.

Key words: ways of braking, mathematical and electric braking, recuperative braking, the device рекуперации the electric power.

Получено: 24.12.11

УДК 62-593

B. М. Степанов д-р техн. наук, проф. (4872) 35-54-50, eists @ramb ler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

C. В. Котеленко, асп., 8-920-753-69-77, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА РЕКУПЕРАЦИИ В МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫХ ПОДЪЕМНО - ТРАНСПОРТНЫХ МЕХАНИЗМАХ

Описаны режимы работы асинхронного двигателя. Приведено моделирование этих же режимов в пакете MatLab.

Ключевые слова: обратимость двигателя, режимы работы двигателя, внешний момент.

Рекуперативное торможение основано на свойстве обратимости электрических машин. При рекуперативном торможении тяговый электродвигатель работает в генераторном режиме, создавая необходимый момент сопротивления на валу и тем самым обеспечивая торможение движущейся

системы. Электрическая энергия вырабатывается двигателем-генератором либо за счёт потенциальной энергии электротранспорта при его движении под уклон с постоянной скоростью, либо за счёт кинетической энергии при замедлении движущейся системы. Рекуперативное торможение даёт значительную экономию электрической энергии. Оно наиболее эффективно на транспортных средствах, имеющих большую массу: на магистральных электровозах, электропоездах пригородного сообщения, современных троллейбусах и т.д.

Для того чтобы осуществить рекуперативное торможение, необходимо обмотки статора отключить от обмоток ротора и питать их от постороннего источника энергии, например от специального генератора возбудителя. Генератор возбудителя приводится во вращение двигателем. В этом случае можно установить в обмотках статора такой ток, при котором ЭДС в обмотках ротора тяговых двигателей станет больше напряжения в контактной сети. Если скорость движения поезда уменьшится, то может снизиться ЭДС двигателей, работающих в режиме генераторов. Однако достаточно увеличить ток статора, чтобы поддержать необходимую ЭДС, а значит, ток и тормозной момент, создаваемый двигателями. Для этого регулируют ток статора в обмотке возбуждения возбудителя, изменяя сопротивление реостата.

Электромеханическое преобразование энергии может происходить в АД в следующих трех режимах:

- в режиме двигателя:

0 < s < 1, ю1 >ю> 0; (1)

- в режиме генератора:

s < 0, ю>®1; (2)

- в режиме тормоза:

s > 1, ю< 0; (3)

Есть также режимы работы, в которых электромеханические преобразования не происходят:

- режим холостого хода:

s = 0, ю = о>1; (4)

- режим короткого замыкания:

s = 1, ю = 0; (5)

где s - скольжение двигателя.

В режиме двигателя под воздействием электромагнитного момента М > 0, направленного в сторону поля, ротор машины вращается в сторону поля со скоростью, меньшей, чем скорость поля (0 < s < 1, ®1 >ю> 0). В этом режиме

Р о

Рэм = МЮ1 = > 0; (6)

£

1 - £

Рмех = Мю = Рэ2-> 0, (7)

£

где М — момент двигателя; о>1 — угловая скорость поля статора; ю - угловая скорость ротора.

Электрическая мощность

Р = Рэм + Рм + Рэ1 > 0; (8)

преобразуется в механическую мощность

Р2 = Рмех - Рд - Рт > (9)

передаваемую через вал приводимой в движение машины, где Рэм - электромагнитная мощность; Рм - потери в меди; Рэ1 - электрические потери в сопротивлении статора; Рэ2 - электрические потери в сопротивлении ротора; Рд - потери добавочного сопротивления; Рт - потери на трение; Р1 -электрическая мощность, отдаваемая в сеть; Р2 - полезная механическая мощность.

Полезная механическая мощность Р2 оказывается меньше потребляемой из сети мощности на потери £Р

Р2 = Р1 -IР = Р1 -(Рэ1 + Рм + Рэ1 + Рд + Рт ) (1°)

и КПД двигателя выражается формулой

Р IР

П = Р = 1 ~1Г = /М- (11)

Р1 Р1

В режиме генератора под воздействием внешнего момента Мв > 0, направленного в сторону поля статора, ротор машины вращается со скоростью, превышающей скорость поля статора. В этом режиме в связи с изменением направления вращения поля о>1 относительно ротора активная составляющая тока ротора /2а изменяет свое направление на обратное (по сравнению с двигательным режимом). Таким образом, электромагнитный момент

Мэм = Вт • г2а . (12)

уравновешивающий внешний момент, направлен против поля и считается отрицательным, мощности Рэм и Рмех также отрицательны:

Р

Рэм = МЮ1 = < 0. (13)

£

1 - £

Рмех = Мю = Рэ2-< 0. (14)

£

Направление преобразования электроэнергии изменяется на обратное: механическая мощность, приведенная к валу двигателя, преобразуется в электромагнитную поступающую в сеть. Так как мощность потерь поло-

жительна (в любом режиме эти мощности превращаются в тепло), механическая мощность

Рмех = Рэм - Рэ2 < 0 при 5 < ^ (15)

по абсолютному значению больше, чем электромагнитная:

Рмех = Рэм - Рэ2 < 0 при 5 < ^

Рм

Рэ м + Рэ

(16) (17)

мех | I-1 эм| 1 Р э2. По той же причине потребляемая механическая мощность

Р2 = Р1 -ЕР < 0, (18)

по абсолютному значению на потери больше электрической мощности, отдаваемой в сеть:

Р = 1Р + ЕР . (19)

КПД генератора соответственно отрицателен:

Н

П

Р

Е Р 1 < 0.

2

Р

(20)

2

Ниже представлена схема, составленная в пакете Ма1ЬаЬ, описывающая подачу внешнего момента, в зависимости от знака двигатель работает в двигательном или генераторном режиме (рис. 1).

Рис. 1. Модель, описывающая преобразование момента в угловую скорость для асинхронного двигателя

Далее приведены графики зависимости М(^) и графики изменения момента двигателя, частоты вращения и КПД для двигательного режима и режима рекуперации (рис.2 - 9).

Рис. 2. Зависимость M(w) для двигательного режима

Рис. 3. Зависимость M(w) для режима рекуперации

100

50

0

-50

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Рис. 4. График изменения момента двигателя в двигательном

режиме

100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Рис. 5. График изменения момента двигателя в режиме

рекуперации

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

-200 -400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Рис. 6. График изменения частоты вращения двигателя в двигательном режиме

2500

2000 1500 1000 500 0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Рис. 7. График изменения частоты вращения двигателя в режиме рекуперации

-SC orost sment " astota

M -ch

1

1

1 м Л ft *

1 V \¡ и -

1

Scorost Moment Chastota

11 /Iñn»

Г ir

]

0.8 0.7 0.6 0. 5 0.4 0. 3 0.2 0.1 0 -0.1

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Рис. 8. График изменения КПД двигателя в двигательном режиме

50 0 -50

-100

-150 -200 -250

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Рис. 9. График изменения КПД двигателя в режиме рекуперации

Из всего вышеизложенного сделаем следующие выводы:

- как видно из приведенных графиков и зависимостей, в генераторном режиме происходит, прежде всего, изменение знака момента двигателя, он становится отрицательным, но по абсолютному значению остается таким же, за счет этого и мощность в двигателе становится отрицательной;

- незначительно увеличивается частота вращения двигателя, и, как известно, большей частоте вращения соответствуют большая фазовый угол и большая амплитуда напряжения;

- как видно из формулы (20) и графиков изменения КПД двигателя в генераторном режиме на рис. 9 КПД двигателя становится отрицательным, поскольку в данном случае коэффициент полезного действия рассматривается как отношение электрической мощности, отдаваемой в сеть, к полезной механической мощности.

>/v

Scorost Moment Chastota KPD

1 lU.ft длл/

1 1

Scorost Moment Chastota KPD

Список литературы

1. Кацман М.М. Электрический привод: учебник. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 384 с.

2. Инжиниринг электроприводов и систем автоматизации: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/ М.П. Белов и др.]; под ред. В.А. Новикова, Л.М. Чернигова. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 368 с.

3. Ильинский Н.Ф., Москаленко В.В. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2008. 208 с.

V.M. Stepanov, S.V. Kotelenko

SIMULATION MODE RECOVERY IN MULTI-MOTOR LIFTING EQUIPMENT MECHANISMS

Tht operating modes of the asynchronous engine are described. The modeling of the same modes in package MatLab is resulted.

Key words: convertibility of the engine, power setting, the external moment.

Получено 24.12.11

УДК 621

Нго Сян Кыонг, асп., (953) 189-53-79, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ РЕАКТИВНО-ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЕ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Представлены особенности следящей системы солнечных батарей и реактивно-вентильного электродвигателя. Приведено обоснование применения реактивно-вентильного электродвигателя в следящей системе солнечных батарей.

Ключевые слова: реактивно-вентильный электродвигатель, эффективность, солнечная батарея, следящая система.

Одной из возможностей повышения эффективности фотовольтаи-ческих систем является ведение следящей системы вслед за солнцем. Следящая система - это техническое устройство, способное поворачиваться