CC BY
35
УДК 621.313.333.07
А. С. Сарваров, Е. А. Завьялов, А. Д. Стригов
РЕАЛИЗАЦИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ТИРИСТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ
Механизмы многих технологических агрегатов и обще промышленных установок нуждаются в осуществлении специальных режимов эксплуатации асинхронных электроприводов на пониженной частоте вращения и в отдельных случаях на «ползучей» скорости. Например, при снятии технологических нагрузок в условиях низких температур желательно сохранить ход механизмов на пониженной скорости с минимальным электропотреблением, что позволяет предотвра-тигь смерзание смазки и облегчить последующий пуск электропривода. Кроме того, в процессе монтажа механического оборудования часто возникает необходимость прокрутки электропривода на «малом ходу». В этом же режиме достигаются наилучшие условия для обкатки подшипниковых узлов.
Потребность в подобных режимах имеет ме-сто при наладке агрегатов большой мощности, электроприводы которых реализованы на базе высоковольтных асинхронных и синхронных электродвигателей. К ним относятся шаровые мельницы, вращающиеся печи и другие механизмы горно-обогатительных предприятий и це-менгно-доломигового производства.
В данной работе исследована возможность осуществления указанных режимов при питании АД от однофазной сети пониженного напряжения, что позволяет в высоковольтных электроприводах использовать низковольтное оборудование. В ос -нове работы тиристорного устройства (рис. 1, а) лежат алгоритмы формирования пониженной час -тоты напряжения на АД, реализованные при од -нофазном питании . Наглядно алгоритмы управления вентилями представляются в системе результирующих векторов (рис. 1, б).
В зависимости от полярности полуволны се -тевого напряжения любое положение обобщенного вектора формируется подачей управляющих импульсов на один или два тиристора. На* Пат. 2095933 Российская Федерация, МПК6 Н 02 Р 7/42. Способ регулирования скорости асинхронного двигателя [Текст] / ИА. Селиванов, А.С. Сарваров, Е.А. Завьялов; заявитель и патентообладатель Магнитогорск. гос. техн. ун-т. № 96104007/07; заявл. 28.02.96; опубл. 10.11.97, Бюл. № 31. 4 а: ил.
пример, положение вектора «а» (см. рис. 1, б) может быть сформировано двумя способами: либо подачей питания от «положительной» полуволны на фазу «а» двигателя, либо на интервале «отрицательной» полуволны управляющие импульсы подать на тиристоры, обеспечивающие прохождение тока в фазных обмотках «в» и «с». При смене комбинаций тиристоров в определенной последовательности обеспечивается заданная частота и направление вращения результирующего вектора напряжения. Максимальная частота первой гармоники напряжения, которая может быть получена, при этом составляет £1/3, где £1 - частота сетевого напряжения. Другие возможные значения пониженной частоты определяются по формуле 1У3п, где п = 1, 2, 3, 4 и т.д.
АД
Т,
(Т6 Т2)
Т,
(Т,Т5)
б
Рис. 1. Схема однофазного НПЧ и положения обобщенного вектора напряжения в зависимости от состояния тиристоров
В работе рассмотрены случаи формирования значений выходной частоты £1/3, £1/6, £1/9 и £1/12, которые поясняются временными диаграммами фазных напряжений, приведенными на рис. 2.
На основе известных в теории электрических машин уравнений была разработана компьютерная модель предложенной системы асинхронного электропривода в среде Эе1рЫ. Типовые исследования, проведенные на модели, показали реализуемость предложенных алгоритмов формирования указанных ступеней частоты.
В качестве примера на рис. 3 показан фрагмент расчетных осциллограмм напряжения, полученных на модели при формировании часто -ты £1/6.
Необходимо отметить, что расчетные кривые и реальные осциллограммы токов и напря-жений по характеру изменения во времени так -же достаточно близки Они приведены в каче-
стве примера на рис. 4 для случая формирова-ния частоты £і/3.
Основные исследования АД в предложенной системе электропривода на модели и экспериментальной установке были проведены для случая питания пониженным напряжением и=36 В. Это обусловлено тем, что практическую значимость имеет реализация специальных режимов в высоковольтных электроприводах при питании напряжением (менее 1000 В). На рис. 5 приведены расчетные осциллограммы, соответствующие случаю питания АД пониженным напряжением. Исследования позволили оценить влияние пита -ния пониженным напряжением на нагрузочную способность электропривода по моменту. По ме-ре снижения частоты, как показали исследования, проведенные для ступеней значений частоты 1/6£1; 1/9£1 и 1/12^ возможности системы
№\А/г
і і і і і і і і і 1 ' 1 і і 1. 1 і ^ I I м 'Л М
а _Ь-С - а _ Ь -с, ,-а і ,-Ь' .-с, ,-а, 'л' і/у
"| глі
' К/ 1 1 ' ' к/1
і і і і і 1 і і і
..........................і і і
.....................і і і 1
1 ' ' і і і і і I
! А I у I П ,
; 1 : і і'' і і ,
, і і ■ ■ 1 і ' !
1 1 1 ' ; : і 1 1
и ! п ' ^ і
. I . 1 . І І І І I
123456789
ЛА,лхДА,ЛугЛЛА/\.
-С Ь І -а, I с
І і г
і і і і
а -с I ь -а.
і і і I
і
і і і І |
чпім^пп
І;:! ' і ...
і і і і і ! І 1 1 і і і І і І і І і іЛі іл: і і 1 : , ,л іл іа1 ■,
1 2 3 4 5 678 9 1011 12 13 1415 16 І7 13 19 2021 2:
Рис. 2. Временные диаграммы напряжений: а - при формировании значения частоты Ы3; б - Ыб; в - Г2= Ы9; г - Г2= Ы12
электропривода по нагрузочной способности за -метно возрастают.
При частоте 1/3 £1 режим работы электропривода соответствует закону частотного регулирова-ния при вентиляторной нагрузке, а при более низ -ких значениях частоты отношение И/112 заметно возрастает, что привело соответственно к росту нагрузочной способности АД. В частности, при частоте 1/611 допустимый момент нагрузки достигает значений (0,18-0,2)Мн, а при значениях частоты 1/911 и 1/1211 его величина соответственно повышается до значений 0,27-0,3 и (0,33-0,35) Мн.
В процессе моделирования был проведен также гармонический анализ токов и напряжений
Рис. 3. Расчетные осциллограммы процесса формирования частоты 1/6Го
г...* ТТ-и-Щ)—; ГГ і А I=f(t)
1 В 1 / / \х Г4, ■ ?
■ \ ы
► 1 1 1 Л »V 1-і- V
! \У !
0,03 0,04 0 05 0,96 0,17 0,М 0,99 0,1 (с
а б
Рис. 4. Реальные и расчетные осциллограммы при формировании частоты 11/3
11, А; М. 11-м; ш, 1 /с
її, А; <вД/с
Рис. 5. Расчетные осциллограммы при формировании различныхступеней частоты:
а - при 11/3; б - при 11/6; в - при 11/9; г - 11/12
двигателя как при питании номинальным, так пониженным напряжением. По результатам проведенных исследований установлено также, что в режиме питания пониже иным напряжением от -мечается улучшение гармонического состава тока и напряжения. Это обусловлено в первую оче-редь тем, что при пониженном напряжении работа тиристорного устройства осуществляется в области малых углов управления. В частности, все расчетные осциллограммы (см. рис. 5) были получены при задании угла управления а=5°. Независимо от величины питающего напряже -ния, соответствующие значениям частоты 1/611; 1/9£і и 1/12^ 6-я, 9-я и 12-я гармоники являются преобладающими. Коэффициенты искажения синусовдальности тока во всех рассмотренных случаях находятся в пределах 0,56-0,68, а величины действующих значений токов не превышают номинального значения тока статора АД. Наилучшая нагрузочная способность по моменту достигается при частоте 1/1211, что позволяет использовать данный режим как основной для прокрутки механизмов в наладочных режимах. По результатам моделирования построены механические характеристики асинхронного электродвигателя (рис. 6). Там же для сопоставления построены и экспериментальные механические характеристики.
Рис. 6. Экспериментальные и расчетные механические характеристики АД
Приведенные характеристики получены при задании угла а=0°. Сопоставляя расчетные и экспериментальные данные, можно отметить, что они практически совпадают. Отклонения в основных точках сопоставления не превышают 10%. Все это позволяет сделать вывод о том, что предложенные алгоритмы реализуемы и могут быть использованы для создания специальных режимов асинхронного электропривода с тиристорным управлением при питании от однофазной сети
УДК [621.3.015.2 + 621.316.94 + 621.317.757]: 621.311.1
А. С. Каравдаев, Г. П. Корнилов, Т. Р. Храмшин, А. Н. Шеметов, А. А. Николаев
АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С МОЩНЫМИ ТИРИСТОРНЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
Необходимым условием нормального электроснабжения промышленного предприятия является надежное обеспечение его электроприемников электрической энергией в необходимом количестве и определенного качества, которое регламентируется ГОСТ 13109-97 [1]. При этом основное влияние на качество электроэнергии оказывают эле ктро прием ники с нелинейными вольтамперными характеристиками - тиристорные преобразовательные агрегаты, применяемые для питания мощных электроприводов постоянного тока.
Характерным примером является система электроснабжения листопрокатных цехов (рис. 1), где от одного источника питания осуществляется электроснабжение «спокойных» (насосов гидро-
сбива, вентиляторов и т.п.), и резкопеременных нагрузок (клетей прокатного стана). Поэтому в распределительных сетях цеха наблюдаются колебания и отклонения напряжения, источниками которых являются тиристорные преобразователи главных приводов клетей. Кроме того, указанные агрегаты имеют невысокий коэффициент мощности, что вызывает дефицит реактивной мощности в системе.
Задачей данной работы является оценка качества электроэнергии в реальных условиях работы прокатного стана, а также обоснование применения и выбор оптимальных параметров фильтрокомпенсирующих устройств в распределительной сети напряжения 6-10 кВ на примере листопрокатного цеха № 10 (ЛПЦ-10) ОАО «ММК».
