CC BY
31
УДК 621.33.025 Сидоров Василий Владимирович,
ассистент кафедры «Электроподвижной состав», ИрГУПС, тел. 8 (950) 126-39-26, sidorov_v_v-85@mail.ru
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ УСТАНОВОК ДЛЯ СУШКИ УВЛАЖНЕННОЙ ИЗОЛЯЦИИ КРУПНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
V.V. Sidorov
PERFECTION OF MANAGEMENT BY SYSTEM OF VENTILATION OF INSTALLATIONS FOR DRYING OF THE HUMIDIFIED ISOLATION OF LARGE ELECTRIC MOTORS
Аннотация. Предложена система автоматизированного управления сушильной установкой типа УСД-92 на основе программатора типа «Термодат» и трёхступенчатого устройства регулирования оборотов ротора асинхронного электродвигателя путём изменения амплитуды подводимого напряжения.
Ключевые слова: управление вентиляцией, тиристорный преобразователь напряжения, электрическая машина, симисторный регулятор напряжения.
Abstract. The drying installation automated management system of type УСД-92 on a basis of "Thermodat" type programmator and the three-stage device of regulation of turns of a rotor of the asynchronous electric motor by change of amplitude of brought pressure is offered.
Keywords: management of ventilation, pressure converter of tiristor, the electric motors, pressure regulator of simistors.
Для технического обслуживания локомотивов и мотор-вагонов электропоездов компания «ИРТРАНС» выпускает установки типа СФОЦ-40 и УСД-92 (аналог установки СФОЦ-70). Эти установки предназначены для сушки изоляции тяговых двигателей электровозов и электропоездов в осеннее-зимний период при постановки их в отапливаемый ремонтный цех. Их также можно использовать и для других целей и в других отраслях промышленности и сельского хозяйства. Ана-
логичные установки для различных целей выпускают и другие компании.
Конструкция установки УСД-92 состоит из следующих основных узлов: электрокалорифера на базе ТЭНов с переходными патрубками; мотор-вентилятора с регулируемой заслонкой (шибером) на входе; пульта автоматического управления. Система автоматического управления установкой построена на законе ПИД-регулирования с использованием программатора типа «термодат». Однако, как следует из конструкции, управление системой вентиляции осуществляется путём дросселирования воздуха на входе в установку за счёт выбора положения заслонки. Дросселирование при ю = const - самый неэкономичный метод регулирования воздушного потока. Наиболее эффективными являются системы вентиляции с управлением аэродинамическими параметрами путём регулирования частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя, механически связанного с валом рабочего колеса вентилятора.
В настоящее время основным типом регулируемого электропривода является частотно-регулируемый асинхронный электропривод - система «полупроводниковый преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (ППЧ - АД). Однако наряду с этим электроприводом в некоторых случаях для решения отдельных производственных задач и энергосбережения находит применение система «тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель» (ТПН - АД),
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство
обеспечивающая регулирование первой гармоники напряжения, подводимого к статору.
Изменение напряжения на зажимах обмотки статора асинхронного двигателя приводит к изменению максимального момента при постоянстве критического скольжения. Это следует из известных аналитических выражений:
м„„ = -
зи2
3и ф
2ю„
^ =±
Г
+(X!+х2 )2
Здесь г и г2 - соответственно активное сопротивление статора и приведенное сопротивление ротора; х1 и х2 - индуктивное сопротивление статора и приведенное сопротивление ротора; ®0 - скорость идеального холостого хода асинхронного двигателя.
Регулирование напряжения на статоре не приводит к изменению скорости идеального холостого хода, так как
®0 =->
р
где - частота питающей сети; р - число пар полюсов.
Изменение напряжения на статоре АД вы-
зывает изменение его электромагнитного момента и, в итоге, угловой скорости двигателя. В разомкнутой системе асинхронного электропривода эффективность такого регулирования скорости ограничена весьма малым диапазоном устойчивых режимов работы двигателя. Расширить функциональные возможности асинхронного электропривода можно в замкнутых системах, используя в зависимости от технических требований различные виды обратных связей, например по скорости, напряжению и току статора АД.
На рис. 1 приведена функциональная схема подобной системы регулирования скорости АД [1]. Здесь изменение действующего значения первой гармоники напряжения иь на статоре АД с частотой питающей сети /с осуществляется изменением угла регулирования а тиристорного преобразователя напряжения (ТИН) на базе тиристоров, включенных по встречно-параллельной схеме в каждую фазу статора АД. Угол а формируется в системе импульсно-фазового управления (СИФУ) ТИН и меняется в зависимости от напряжения управления иРТ на выходе регулятора тока (РТ). Напряжение смещения исм в СИФУ задает угол а = атах, при котором обеспечиваются минимальное выходное напряжение ТИН и момент тро-гания АД в режиме его холостого хода. На входе РТ суммируются напряжения иРС регулятора ско-
Рис. 1. Функциональная схема асинхронного электропривода с регулируемым напряжением на статоре
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
рости (РС) и отрицательной обратной связи по току ио.т с отсечкой, реализованной на основе трансформаторов тока ТА, ТВ, ТС, выпрямительного моста (ВМ), потенциометра ЯР и стабилитрона
Значение тока отсечки 1отс устанавливается потенциометром ЯР.
На входе РС суммируются напряжение задания скорости из.с и напряжение отрицательной обратной связи по скорости АД ио.с, подаваемое с тахогенератора (ТГ) на валу АД. Выделение модуля выходного напряжения ТГ обеспечивается диодами VD2, и резисторами Я1, Формирование темпа изменения скорости АД осуществляется с помощью задатчика интенсивности (ЗИ), на вход которого поступает напряжение управления скоростью АД иу.с.
Изменение направления вращения вала двигателя может быть реализовано за счет реверсивного контактора в статорной цепи двигателя.
Торможение и остановка двигателя возможны в режиме динамического торможения, когда за счет специального блока логики управления тиристорами ТИН обеспечивается протекание выпрямленного тока по обмоткам статора.
Для симметричной нагрузки, когда результирующие сопротивления обмоток статора и ротора всех фаз АД одинаковы, т. е. ZнА = ZнВ = ZнС = = Zн, режим работы ТИН определяется в соответствии с однофазной схемой замещения, показанной на рис. 2, а. Если в этой схеме условно закоротить тиристоры VS1 и VS2, то при активно-
индуктивной нагрузке 2Н Я2Н + (аЬн )2 устано-
вившийся ток в данной цепи
'Гст = -ФХ
¿И
где и, - амплитудное значение напряжения сети; а - угол отставания тока от напряжения сети ис, а = arctg(юLH/RH) (рис. 2, б). Такой ток будет протекать в нагрузке, если VS1 и VS2 открывать в каждый полупериод точно в моменты времени, соответствующие углу а = ф. Ири увеличении угла а от ф до ж среднее за полупериод значение напряжения нагрузки будет изменяться от наибольшего значения 2и,/ж до нуля. В общем случае отношение амплитуды первой гармоники напряжения нагрузки ит1 к номинальному напряжению сети ином является функцией переменных а и ф (рис. 3, а).
Механические характеристики АД в разомкнутой системе для различных значений углов регулирования ТИН приведены на рис. 3, б. Предельные характеристики 1 и 2 соответствуют минимальному а^ = фтт и максимальному атах значениям угла регулирования, естественная механическая характеристика 3 - условию а = ф, а характеристика 4 - промежуточному значению атт < а < атах. Ири постоянстве скольжения АД его электромагнитный момент пропорционален (ит1/ином)2. Иоскольку индуктивная составляющая результирующей нагрузки 2н ТИН зависит от скольжения двигателя 8, то и угол ф является функцией скольжения.
Зависимость ф(8) (рис. 3, в) взаимосвязана с механической характеристикой АД, и при посто-
Рис. 2. Однофазная схема замещения (а) и диаграммы напряжения и токов (б) для одной фазы ТПН
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство
янстве угла а и нагрузки на валу двигателя имеются одинаковые значения ф при разных значениях скольжения (точки 1, 2 и 3, 4 на рис. 3, а, в).
В соответствии со структурной схемой на рис. 4 при ИИ-регуляторе скорости регулировочная характеристика системы ТИН-АД определится как ю = из.с / к о.с, а механические характеристики электропривода для всего диапазона изменения сигнала управления скоростью при токе статора 1< 1отс должны иметь абсолютную жесткость. Однако реально за счет ограничения выходного напряжения ТРН на уровне номинального значения напряжения АД, а также снижения коэффициента передачи кп вплоть до нуля при малых нагрузках и коэффициента кю в области нагрузок, близких критическому моменту АД, жесткость механических характеристик вблизи предельных характеристик будет заметно меньше.
Иоскольку уменьшение скорости АД связано с уменьшением напряжения на обмотках его статора, а допустимый по условиям нагрева двигателя момент Мдоп при этом уменьшается в обратно пропорциональной зависимости от скольжения, то область применения замкнутых систем асинхронного электропривода с воздействием лишь на напряжение статора ограничена механизмами, у которых момент нагрузки при снижении скорости заметно уменьшается, например механизмами с вентиляторной нагрузкой.
На основании результатов проведенных на кафедре ЭИС ИрГУИС исследований по обоснованию и выбору рациональных режимов энергоподвода в процессе сушки увлажненной изоляции тяговых двигателей локомотивов и электропоездов с использованием установок типа СФОЦ Худоно-говым А.М., Смирновым В.И. и другими было опубликовано значительное количество работ. В основе этих работ заложена идея использования кривых скорости сорбции и десорбции в процессах увлажнения и сушки изоляции обмоток электрических машин. Эти кривые приведены на рис. 5.
Анализ этих кривых и исследований академика М.Ф. Казанского показали, что в процессах сорбции и десорбции можно выделить три основных периода: период нарастающей скорости увлажнения или сушки; период постоянной скорости увлажнения или сушки; период спадающей скорости увлажнения или сушки. Это положение и предопределило введение рациональных дискретных режимов энергоподвода в процессах сушки увлажненной изоляции обмоток тяговых двигателей ЭИС.
Рис. 3. Зависимости выходного напряжения ТПН от его углов управления и нагрузки (а), механические характеристики АД (б) и зависимость угла нагрузки от скольжения АД (в)
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
Рис. 4. Структурная схема асинхронного электропривода с регулируемым напряжением на статоре
лирование температуры по ИИД-закону регулирования. Срабатывание определенного регулятора температуры осуществляется после поступления управляющего сигнала с программного регулятора типа «Термодат» с последующим замыканием реле устройства регулирования оборотов ротора асинхронного электродвигателя. Иосле срабатывания реле происходит подключение в цепь рези-сторных пар R1, Я2, Я3; Я4, Я5, Яб; Я7, Я8, Я9 каждая из которых подключается соответствующим реле. Изменение амплитуды подводимого на асинхронный электродвигатель напряжения осуществляется изменением угла регулирования си-мисторного регулятора напряжения (СРН) на базе симисторов, включенных по параллельной схеме в каждую фазу статора. Угол регулирования меняется при протекании тока через динисторы Д1, Д2, Д3 емкости С1, С2, С3 и соответствующие рези-сторные пары, тем самым изменяя амплитуду подводимого напряжения на асинхронный электродвигатель.
Сравнительные технико-экономические расчеты систем с многоступенчатым и трехступенчатым методами управления УСД-92 показали, что капитальные затраты в 4 раза ниже, чем при применении многоступенчатых систем управления с получением одного и того же эффекта от процесса сушки увлажненной изоляции крупных электрических машин.
времяД
Рис. 5. Кривые сорбции и десорбции влаги в изоляции ТД
Результатом этих исследований является предложенная система автоматизированного управления сушильной установкой типа УСД-92 на основе программатора типа «Термодат» и трехступенчатого устройства регулирования оборотов ротора асинхронного электродвигателя путем изменения амплитуды подводимого напряжения.
В системе ТРН вместо одной пары встречно -параллельных включенных тиристоров используются полупроводниковые приборы симисторы, обеспечивающих протекание тока в обмотке статора в оба полупериода питающего напряжения и имеющих такой же принцип действия как и тиристоры. Ирименение симисторного регулятора напряжения (СРН) сокращает число электронных приборов вдвое и упрощает схему СИФУ. Ирин-ципиальная схема управления электроприводом вентилятора этой установки с использованием СРН приведена на рис. б.
Данная схема собрана на базе трех регуляторов температуры которые осуществляют автоматическое двухпозиционное и импульсное регу-
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК
1. Терехов В.М. Системы управления электроприводов : учебник для студ. высш. учеб. заведения / В.М. Терехов, О.И. Осипов ; под ред. В.М. Терехова. - М. : Академия, 2005. - 304 с.
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство
Рис. 6. Устройство регулирования оборотов ротора асинхронного электродвигателя
УДК 69.002.68; 69:658.567; 69.002.8 Белых Светлана Андреевна,
кандидат технических наук, зав. кафедрой строительного материаловедения и технологий (СМиТ), Братский государственный университет, тел.: 8(3953)325345, e-mail: smit1@brstu.ru
Черниговская Мария Николаевна, аспирант, Братский государственный университет, тел.: 89025696470, e-mail: maria292009@yandex.ru
Буянова Элеонора Эдуардовна, аспирант, Братский государственный университет, тел.: 89086492193, e-mail: eleonora1987@km.ru
Меркульева Татьяна Анатольевна, директор ЗАО «Иркутскзолопродукт», тел.: (3952) 793-663 Самусева Маргарита Никифоровна, менеджер производственно-технической группы ЗАО «Иркутскзолопродукт», тел.: 89086409724
ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ СВОЙСТВ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ В ЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛАХ
S.A. Belyh, M.N. Chernigovskaya, E.E. Buyanova, T.A. Merkulieva, M.N. Samuseva
PROPERTIES OF ASH AND SINDER WASTE OF THE IRKUTSK REGION STABILITY MAINTENANCE USING IN CEMENT MATERIALS
Аннотация. Основные свойства отходов сжигания угля ЗАО «Иркутскэнерго» проверены на соответствие требованиям существующих стандартов с целью использования в строительных материалах. Изучено влияние золошлаковых материалов на свойства цементных композитов.
Определены приоритетные направления по утилизации золошлаковых отходов ЗАО «Иркутскэнерго» в строительстве.
Ключевые слова: золошлаковые материалы, отходы сжигания угля, отходы ТЭЦ.
