CC BY
13
УДК 621.313
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНВЕРТОРА ТОКА
ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ДЛЯ ПУСКА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Ш.Т. Дадабаев
Проведен детальный анализ пусковых режимов работы высоковольтных электроприводов и полупроводниковых преобразователей, сделан обзор негативных факторов, влияющих на пуск электродвигателей переменного тока, выполнено компьютерное моделирование управляемого выпрямителя и инвертора тока, показаны результаты моделирования посредством графиков тока и напряжения, а также дан пример практического применения инвертора тока для пуска высоковольтного синхронного двигателя.
Ключевые слова: полупроводниковые преобразователи, инвертор тока, высоковольтные электродвигатели, электропривод, переходной процесс.
Последнее время все больше внимания уделяется внедрению энергосберегающих технологий в высоковольтных электроприводах посредством полупроводниковых преобразователей и микропроцессорных систем управления. Высоковольтные электроприводы переменного тока используются в различных отраслях промышленности и народного хозяйство, чем обусловлено повышение требований к их качеству работы и энергоэффективности. Основная проблема при использовании высоковольтных электроприводов переменного тока возникают в переходных режимах работы, а именно: при пуске и отключении. В указанных режимах в электроприводе данного типа происходят динамические электромагнитные переходные процессы, которые повреждают и изнашивают электрические и механические части оборудования [1]. Например, при пуске высоковольтного синхронного электродвигателя возникают следующее: увеличение тока и момент двигателя, отклонение напряжения, нагрев двигателя, потери и наконец уменьшение технического ресурса всего оборудования в целом [1, 2, 3].
С развитием силовой электроники стали доступны к использованию различные полупроводниковые преобразователи, как частотные преобразователи, регуляторы напряжения, служащие для плавного пуска и при необходимости для регулирования скорости высоковольтных электродвигателей переменного тока. В соответствии с технологическими и техническими требованиями к высоковольтным электроприводам все чаще становится актуальным вопрос об увеличении технического ресурса электрооборудования высокого напряжения. С этой целью в практике уже хорошо себя зарекомендовали устройства плавного пуска (УПП). УПП стоят дешевле, чем преобразователи частоты (ПЧ) в два-три раза, и хорошо служат для поочередного плавного пуска нескольких электродвигателей [4, 5].
370
Тем не менее, использование УПП в некоторых случаях не может обеспечить максимум ограничения по току, и данная проблема привела к необходимости исследования пуска высоковольтных электроприводов от источника тока, т.е. от инверторов тока. Для таких преобразователей характерно то, что в результате переключения тиристоров, на выходе инвертора формируется ток определенной формы, а форма напряжения зависит от нагрузки. Для детального анализа работы инвертора тока необходимо провести компьютерное моделирование. С этой целью произведено компьютерное моделирование управляемого выпрямителя и инвертора тока в программе Matlab/Simulink 8 по схеме, приведенной на рис. 1.
в ы П р я к И Т Е Л ь & А У51 83 У53 \'Б5
В У54 " И
С У56
И У52 I г НАГРУЗКА .О
Рис. 1. Силовая схема 3-фазного инвертора тока
Модель управляемого выпрямителя и его графики выходных параметров приведены на рис. 2 и 3.
Рис. 2. Модель управляемого выпрямителя
371
ча, \а
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
Рис. 3. Графики тока и напряжения на выходе выпрямителя
Компьютерная модель инвертора тока и графики результатов моделирования показаны на рис. 4 и 5.
Рис. 4. Модель инвертора тока
372
2£Ю
-Я»
100 о -100
4000 2000
-2000 -4000
О 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
offsct=o.,S57 Time (seconds)
Рис. 5. Графики тока и напряжения на выходе инвертора тока
Как видно из графиков (рис. 5) токи на выходе инвертора не зависят от нагрузки и сформированы в виде последовательности разнополярных прямоугольных импульсов тока, а напряжения - в виде синусоидальной формы, которая зависит от изменения нагрузки [6].
Инверторов тока для вышеуказанных целей начали выпускать в 90-х годах прошлого века, и хорошим примером можно привести компанию ООО НПП «ЭКРА», которая выпускает различные преобразователи разных типов с разными функциями. На основе инвертора тока в данной компании разработана система плавного пуска типа ШПТУ-ВИ [7]. Этот шкаф представляет собой тиристорный преобразователь частоты с управляемым выпрямителем и зависимым инвертором тока. Данное устройство предназначено для построения системы плавного пуска одного или группы высоковольтных электродвигателей мощностью до 17 МВт для механизмов с тяжелыми условиями пуска, а также обеспечивает автоматизированный процесс последовательных частотных пусков с ограничением пускового тока до 1,31ном[7]. На рис. 6 приведены графики переходных процессов электропривода при пуске с ШПТУ-ВИ [7].
w -k и / Л -t-
л п • Л
/Г>
1
Рис. 6. График пуска двигателя СТД-6300/6000-2УХЛ4магистрального насоса перекачки нефти с помощью ШПТУ-ВИ
373
О 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
г V. ч V /
\ jJ ч ч f
¡¿Г-
Как показывают результаты компьютерного моделирования и практическое применение ШПТУ-ВИ, использование преобразователя на основе инвертора тока является эффективным решением для электроприводов большой мощности, так как дает возможность увеличения технического ресурса и тем самим экономию в затратах на ремонт и обслуживание электрооборудования в целом.
Список литературы
1. Дадабаев Ш.Т. Исследование эффективности пуска высоковольтных синхронных электродвигателей при помощи инвертора тока // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 10. С. 618-622.
2. Дадабаев Ш.Т. Оптимизация пусковых режимов работы высоковольтных электроприводов оросительной насосной станции с учетом жаркого климата // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2018. №2. С. 86-91.
3. Дадабаев Ш.Т. Перспективы внедрения регулируемых электроприводов в насосных агрегатах большой мощности // Энергетик. 2015. №7. С. 31-33.
4. Дадабаев Ш.Т. Теория и практика использования инвертора тока для пуска высоковольтного синхронного электропривода // Энергетические системы 2018: III Международная научно-техническая конференция. Белгород, 2018. С. 95-100.
5. Дадабаев Ш.Т., Ларионов В.Н. Исследования применения энергоэффективных способов управления в электроприводах с вентиляторной нагрузкой. Вестник ТТУ №4, 2014. С. 56-59.
6. Лазарев С.А. Применение инверторов тока в высоковольтном электроприводе.Экспозиция нефть газ №4(29), 2013. С. 78-80.
7. Устройства и системы плавного пуска и регулирования скорости электродвигателей напряжением 3-10 кВ и мощностью до 17 МВт. ООО НПП «ЭКРА». Издание 9. 2016. 32 с.
Дадабаев Шахбоз Толибджонович, старший преподаватель, [email protected], Таджикистан, Худжанд, Худжандский политехнический институт таджикского техничесого университета имени академика М.С. Осими
COMPUTER SIMULATION OF CURRENT INVERTER USED TO START HIGH-VOLTAGE ELECTRIC MOTORS
Sh.T. Dadabaev
A detailed analysis of the starting modes of high-voltage electric drives and semiconductor converters, an overview of the negative factors affecting the start of AC motors was made, computer simulation of a controlled rectifier and current inverter was shown, simulation results were shown using current and voltage graphs for starting high-voltage synchronous motor.
Key words: semiconductor converters, current inverter, high-voltage electric motors, electric drive, transient process.
Dadabaev Shakhboz Tolibjonovich, senior lecturer, shahbozdadoboev@,mail. ru, Tajikistan, Khujand, Khujand Polytechnic Institute of the Tajik Technical University named after academician M.S. Osimi
УДК 621.313
ВЫРАВНИВАНИЕ РАБОЧЕГО НАПРЯЖЕНИЯ В ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗОВ
А.Н. Калякулин, А.С. Тычков, В.А. Силаев
Представлена методология исследований, основанная на схемотехнических решениях с целью повышения надежности электротехнических систем с многослойной изоляцией. Методика заключается в снижении электрических воздействий в изоляции обмоток тяговых электродвигателей путем изменения места расположения точки с нулевым потенциалом в цепи высокого напряжения тепловоза. Приведен пример реализации методики. Полученные результаты показывают, что выравнивание напряжения относительно корпуса в изоляции обмоток может быть достаточно эффективно достигнуто исключением точки соединения с корпусом.
Ключевые слова: тяговый электродвигатель, изоляция, отказы, электрическая схема тепловоза, напряжение в изоляции, реле заземления, ресурс изоляции.
Анализ данных ОАО «РЖД» о выходе из строя тяговых электродвигателей (ТЭД) показал, что основной причиной этого является неудовлетворительная электрическая изоляция. Доля межвитковых замыканий и пробоя корпусной изоляции якоря составляет 30...40 % от общего числа неисправностей двигателя.
Отказы ТЭД по причине электрического пробоя изоляции обмоток якоря и главных полюсов и отказы современных сложных электротехнических систем в целом сопряжены с большими техническими и экономическими потерями [1]. Все это вызывает необходимость разработки технических и технологических решений, направленных на повышение ресурса изоляции обмоток.
В эксплуатации изоляция стареет вследствие ряда медленных процессов, таких, как общее изменение структуры изоляции под воздействием сильных электрических полей, температур, которые выше класса нагрево-стойкости диэлектриков. Особенно негативно воздействие концентраторов: напряженности электрического поля, механических нагрузок, тепловых потерь. Эти концентраторы создают появления местных дефектов изоляции, которые медленно увеличиваются.
375
