CC BY
51
УДК 62-83:621/.69
A.С. Сарваров, д-р техн. наук, проф., декан, (3519) 23-57-50, anvar@magtu.ru (Россия, Магнитогорск, МГТУ),
М.Ю. Петушков, канд. техн. наук, доц., (3519) 22-72-79,
petyshkov@rambler.ru (Россия, Магнитогорск, МГТУ),
Д.М. Анисимов, гл. энергетик горно-обогатительного производства,
(3519) 24-40-09, anvar@magtu.ru (Россия, Магнитогорск, ОАО «ММК»),
И.А. Сарваров, ведущий инженер управления гл. энергетика,
(3519) 24-40-09, anvar@magtu.ru (Россия, Магнитогорск, ОАО «ММК»),
B.Б. Славгородский, чл.-корр. Академии электротехнических наук, (3519) 24-40-09, petyshkov@rambler.ru (Россия, Магнитогорск, ОАО «ММК»)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ПУСКА АД НА БАЗЕ ТРАНСФОРМАТОРНО-ТИРИСТОРНОГО ПУСКОВОГО УСТРОЙСТВА
Приведены основные результаты моделирования процесса детерминированного пуска, подтверждающие реализуемость его в схеме с трансформаторно-тиристорным пусковым устройством.
Ключевые слова: процесс детерминированного пуска, трансформаторно-тиристорное пусковое устройство, ударный пусковой момент.
Тяжелые условия пуска асинхронных электроприводов обусловлены, как известно, возникновением ударных пусковых моментов колебательного характера и пусковых токов, амплитуды которых многократно превышают номинальные значения. Современные пусковые устройства на основе ТПН позволяют осуществить различные законы управления пусковым режимом, но всех случаях пуск производится при ограничении питающего напряжения. При этом пусковой режим затягивается во времени и выигрыша в плане снижения электрических потерь в самом двигателе практически нет. При пуске двигателя с нагрузкой на валу длительность пускового процесса значительно возрастает, и вместе с этим заметно увеличиваются потери, которые в отдельных случаях могут привести к перегреву двигателя.
Большинство асинхронных электроприводов общепромышленного назначения и в частности, используемые в металлургическом производстве, изначально проектировались как нерегулируемые, и их пуск осуществляется прямым включением в сеть. Действительно, если мощность питающей сети позволяет реализовать такой способ пуска и при этом нет проблем, связанных с перегревом двигателя, то на первый план выдвигаются задачи ограничения динамических перегрузок, обусловленных ударными электромагнитными моментами.
Обобщение результатов теоретических исследований, связанных с решением данной проблемы нашло отражение в [1], где с позиции матема-
тического описания электромагнитных и электромеханических процессов в асинхронном электродвигателе обоснована идея ограничения динамических нагрузок в асинхронном электроприводе за счет практически полного подавления знакопеременных составляющих электромагнитного момента АД. Для достижения такого результата предложено создавать для АД специальные предпусковые условия, позволяющие практически полностью устранить ударные электромагнитные моменты знакопеременного характера и одновременно сохранить среднее значение пускового момента. Данный способ пуска получил название «детерминированный пуск АД». Его сущность заключается в том, что подключение фаз статорной обмотки к трехфазному источнику напряжения осуществляется в заданные моменты времени при переходе определенных фазных и линейных напряжений через нулевые точки и точки максимума. При этом вначале включаются две фазы статора на линейное напряжение, а третью фазу подключают в момент времени, соответствующий любому из максимумов напряжения. Для устранения апериодической составляющей тока намагничивания подключение первых двух фаз производится в максимуме линейного напряжения этих фаз.
Следует отметить, что дальнейшего развития детерминированный пуск в плане массового внедрения не получил в серийных преобразователях напряжения. Это обусловлено следующими причинами:
- в дорыночных условиях работы промышленности массового пере-воружения асинхронного электропривода с внедрением систем ТПН-АД не произошло;
- силовая электроника в большей степени развивалась в направлении совершенствования тиристорных преобразователей напряжения и преобразователей частоты;
- применение серийных систем ТПН-АД в целом позволяло заметно снять динамические перегрузки в механической части электропривода, однако при этом уделялось значительное внимание вопросам снижения пусковых токов и снижения нагрузок в сетях электроснабжения при пуске АД;
- создание и внедрение блока управления, реализующей детерминированный пуск требовало дополнительных затрат и усложнения в целом всей системы управления ТПН;
В настоящее время во многих отраслях промышленности на первый план выдвигаются задачи энерго,- и ресурсосбережения. В этой связи их успешное решение может достигаться в первую очередь за счет повышение срока и надежности эксплуатации электромеханического оборудования. Асинхронный электропривод, как известно, является наиболее массовым и решение проблем, возникающих при его эксплуатации (снятие динамических перегрузок) может заметно увеличить длительность межремонтного периода.
Вопросы применения детерминированного пуска при использовании серийных ТПН в большинстве случаях нет необходимости специально решать, используя для этих целей дополнительные блоки управления. Сам по себе пуск с ограничением напряжения на начальной стадии, как известно, способствует заметному снятию динамических перегрузок в механической системе. На рис. 1 приведены расчетные осциллограммы «мягкого пуска» АД в системе ТПН-АД
Рис. 1. Расчетные осциллограммы процесса пуска системы ТПН-АД
Согласно, приведенным расчетным осциллограммам, ограничение напряжения в пределах 3 периодов питающего напряжения позволяет, не только устранить знакопеременность пускового момента, но и существенно ограничить его колебания. Следует отметить, что обобщение исследований подобного характера проведено в [2]. На их основе получены выводы, позволяющие уточнить стратегию реализации мягкого пуска применительно к мощным электроприводам. При этом во внимание принимается накопленный опыт применения различного рода ограничителей напряжения при пуске, начиная с пусковых реакторов и заканчивая современными средствами.
В высоковольтных электроприводах в металлургической промышленности традиционными остаются прямой пуск и реакторный. Реакторный пуск является более затяжным и потери в двигателе при этом могут заметно превосходить потери при прямом пуске.
При любых пусковых условиях наилучший результат достигается при реализации определенных управляющих воздействий на АД. В качестве объекта моделирования процесса влияния условий детерминированного пуска на его характер принята система, реализованная на основе тиристор-но-трансформаторного пускового устройства [3]. На рис. 2 приведена силовая схема данного устройства.
Рис. 2. Силовая схема тиристорно-трансформаторного пускового устройства(а) и результаты моделирования процесса детерминированного пуска (б) (трансформатор в данном случае является управляемым пусковым дросселем)
Управляющие воздействия при этом формируются в низковольтной части, т.е. в цепи вторичной обмотки. Потенциальное разделение вторичных обмоток позволяет воздействовать на электрическое состояние каждой из фазных обмоток двигателя отдельно. Могут достигаться предельные случаи, когда в режиме холостого хода в каждой из фаз двигателя ток ограничиваться на уровне минимально возможных значений, а в режиме короткого замыкания фазный ток статора определяется в значительной степени только самим двигателем. В целом раздельное управление встречно-параллельными группами тиристоров позволяет выполнить условия детерминированного управления АД, так как существует возможность управлять состоянием электропроводности каждой фазы двигателя по цепи вторичной обмотки трансформатора. Ниже приведены результаты моделирования процесса детерминированного пуска.
Исследования, проведенные на модели, реализованной в пакете
125
Ма^^ показали возможность осуществления принципов детерминирова-ного управления в системе «Трансформаторно-тиристорное пусковое устройство - АД». Следует отметить, что современная коммутационная аппаратура (силовые контакторы, масляные и вакуумные выключатели) не могут обеспечить с точностью 0,01 с коммутационный процесс, при котором достигается возможность осуществления детерминированного пуска.
В качестве выводов по результатам данных исследований следует отметить следующее:
1. Для полного подавления знакопеременных составляющих пускового момента в высоковольтных асинхронных электроприводах достаточно обеспечить коммутационный процесс подачи напряжений на фазы статора на интервале длительности не более 0,1 с.
2. Если нет необходимости ограничения пускового тока по условиям питающей сети (мощные сети допускают пуск без ограничений по току), то решение проблем детерминированного пуска высоковольтных асинхронных электродвигателей может осуществляться объектно-ориентированными средствами различного исполнения.
3. Тиристорно-трансформаторные устройства являются наиболее многофунциональными, на их основе имеется возможность реализовать различные законы пуска высоковольтных электродвигателей.
Список литературы
1.Петров Л.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1981. 184 с.
2.Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 256с.
3.Пусковое устройство трехфазного высоковольтного электродвигателя переменного тока. А.с. РФ на полезную модель № 82963, опубл. в БИПМ. 2009. №3.
A. Sarvarov, M. Petushkov, D. Anisimov, I. Sarvarov, B. Slavgorodsky
Modelling of a process of deterministic startup of amplitude detector based on trans-formator-tiristor trigger
Basic results in-process designs of process of the determined starting, confirmative realizability of him in a chart with a transformatorno-tiristornym starting device are presented.
Keywords: process of deterministic startup, transformator-tiristor trigger, shock starting moment.
Получено 06.07.10
