Управление синхронными приводами стационарных установок в процессе пуска Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 622:62-182.2:621.313.32:629.1.014:62-544

Е.В. ТА ТАРЕНКОВ1, Д.А.УСТИНОВ2

1 Горно-электромеханический факультет, студент группы ЭР-98-1, ассистент профессора

2 Горно-электромеханический факультет, аспирант кафедры электротехники и электромеханики

УПРАВЛЕНИЕ СИНХРОННЫМИ ПРИВОДАМИ СТАЦИОНАРНЫХ УСТАНОВОК В ПРОЦЕССЕ ПУСКА

Показана необходимость формирования заданных пусковых характеристик стационарных установок горных предприятий с синхронным приводом средней и большой мощности. Рассмотрен синхронный двигатель с системой возбуждения с двухсторонним преобразователем. Такая система возбуждения отвечает техническим требованиям, предъявляемым к рассматриваемым типам приводов. При пуске и самозапуске двигателя двухсторонний преобразователь используется как инвертор, а при синхронной работе - как управляемый выпрямитель. При этом режим его работы зависит от уровня напряжения в питающей сети и значения тока, индуктированного в обмотке возбуждения двигателя. Представляется необходимым рассмотреть вопросы устойчивой работы двухстороннего преобразователя в инверторном режиме и исследовать пусковые характеристики двигателя с данной системой с целью получения соответствующих аналитических зависимостей и методик расчета.

Получены идеализированные зависимости максимального значения инвертируемого тока от углов регулирования и коммутации, а также параметров силового трансформатора. При анализе этих зависимостей определено, что в реальных условиях максимальное значение угла регулирования при одних и тех же параметрах силового трансформатора и величина тока /> получается меньше, чем в идеализированных.

A necessity to form designed starting characteristics of stationary units of mining companies that have synchronous drive of average and high power is described herein. A synchronous motor with the system of excitation with a bilateral transducer is considered. The given excitation system conform to the engineering requirements made of by the drive types Involved. While starting and self-starting the motor, the bilateral transducer is used as an inverter, whereas during synchronous operation it Is utilized as a controlled rectifier, Its operation conditions depending upon the magnitude (or level) of voltage in the supply mains and current value, induced into the motor excitation winding. It is assumed necessary to consider the problems of stable operation of the bilateral transducer characteristics with the use of this system aimed at obtaining corresponding analytic dependences and design procedures.

Idealized dependences of the maximum value of inverted current resulting from the angles between control and commutation have been obtained as well as those of power transformer parameters. While analyzing the dependences concerned, It has been defined, that under practical conditions the maximum angle value of control with the same power transformer parameters, and the current value k appears to be less than in the idealized ones.

Необходимость формирования заданных пусковых характеристик стационарных установок горных предприятий с синхронным приводом средней и большой мощности обусловлена требованиями, предъявляемыми к качеству электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109-97, условиями технологического процесса данного предприятия и особенностями самой установки. На сегодняшний день широкое распространение получил асинхронный способ пуска синхронных дви-

гателей (СД) с подачей возбуждения после достижения подсинхронной скорости. Контроль достижения ротором СД подсинхронной скорости осуществляется по величине тока статора (пуск по току статора), скольжения (пуск в функции скольжения) или комбинацией указанных параметров. В первом случае осуществляется блокировка импульсов управления при скольжении, превышающем критическое значение; разрешение на включение возбуждения поступает только

_ 103

Санкт-Петербург. 2002

тогда, когда ток статора двигателя снижается до 1,5-2 номинального значения. Во втором случае напряжение на обмотку возбуждения начнет подаваться, когда скольжение двигателя достигнет значения 0,05. Оба эти способа не могут обеспечить оптимальный момент включения обмотки возбуждения.

Рассмотрим СД с системой возбуждения с двухсторонним преобразователем. Такая система отвечает техническим требованиям, предъявляемым к синхронным приводам средней и большой мощности. Отличительная особенность данной системы состоит в том, что при пуске и самозапуске двигателя двухсторонний преобразователь используется как инвертор, а при синхронной работе как управляемый выпрямитель. При этом режим работы его зависит от уровня напряжения в питающей сети и величины тока, индуктированного в обмотке возбуждения двигателя. Поэтому представляется необходимым рассмотреть вопросы устойчивой работы двухстороннего преобразователя в инверторном режиме и исследовать пусковые характеристики двигателя с данной системой с целью получения соответствующих аналитических зависимостей и методик расчета.

Предельное значение угла регулирования в инверторном режиме должно выбираться из условия устойчивой работы двухстороннего преобразователя. При этом необходимо учитывать параметры двигателя, возбудителя и устройства управления.

Рассмотрим соотношения между углом регулирования а и током в цепи обмотки возбуждения приняв следующие допущения: в открытом состоянии падение напряжения на вентилях по величине мало и постоянно; в закрытом состоянии сопротивление вентилей бесконечно велико; угол коммутации у < 60 эл. град.; фазные напряжения силового трансформатора симметричны; устройство управления обеспечивает подачу строго симметричных импульсов; угол выключения вентилей равен нулю; во время коммутации ток г/не изменяется.

Расчетные схемы замещения для определения углов регулирования, при которых обеспечивается устойчивая работа, для ну-

Рис. 1. Расчетные схемы для определения предельных значений углов регулирования: а - преобразователь выполнен по трехфазной нулевой схеме; б - преобразователь выполнен по трехфазной мостовой схеме

левой и мостовой трехфазных схем преобразователя приведены на рис. 1.

Уравнение для тока, вступающего в работу вентиля, с учетом активного сопротивления контура коммутации и при произведении необходимых преобразований имеет вид (в относительных единицах)

_ 5ш(а + утах) сое фк

г/.тах

(1)

где фА = агсг§(соЬк / Як) - фазовый угол контура коммутации.

При фк = л/2 и полагая, что а + утах = л, получим

_ 1 + соэа

г/ тах - ~ • К*)

Предельный угол регулирования, при котором обеспечивается устойчивая работа

преобразователя с током /у-_тах, в соответствии с уравнением (1) должен удовлетворять уравнению

«^-(Утах+^тах), О)

где ^тах = агсзт(/

/.шах СОБфк ) - уГОЛ, ОТСЧИ-

тываемый от точки пересечения напряжения

104 -

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.150. Часть 1

а = 120°

Рис.2. Идеализированные зависимости максимального значения инвертируемого тока от углов регулирования и коммутации и параметров силового трансформатора

Uf и напряжения вышедшей из работы фазы до точки пересечения фазных напряжений. Угол v|/max обусловлен влиянием сопротивления RK.

Решение уравнений (1) и (3) по определению предельных значений углов регулирования в инверторном режиме производилось на ЭВМ. Результаты расчетов приведены на рис.2 в виде семейств кривых

'/■max =/i(Ymax,a) При фк = Const И

'/.max = fi (Ymax > °0 при а = const. Эти кривые позволяют найти предельное значение угла а и соответствующий ему ymax при заданных i*/ max И фк.

В литературе при определении угла у обычно пренебрегают активным сопротивлением контура коммутации. Это допущение достаточно справедливо для трансформаторов большой мощности с шЬк / RK > 8-н10, но является неприемлемым для трансформаторов малой и средней мощ-

ности, у которых величина соLK / RK может приближаться к единице.

При анализе зависимостей рис.2 определено, что в реальных условиях максимальное значение угла регулирования а при одних и тех же параметрах силового трансформатора Тр и величина тока if получаются меньше, чем в идеализированных условиях.

Следует заметить, что эта методика расчета углов регулирования и коммутации пригодна не только для режима пуска синхронных двигателей, но и в общем случае инверторных режимов преобразователей.

При нарушении инверторного режима в преобразователе на встречно-параллельно-включенных тиристорах нет необходимости блокировать управляющие импульсы, но устройство управления не должно допускать включения вентилей группы противоположной полярности. Если преобразователь выполнен на симметричных вентилях, для исключения возможности междуфазного

_ 105

Санкт-Петербург. 2002

короткого замыкания управляющие импульсы должны быть немедленно блокированы. При наличии тока в обмотке возбуждения подача управляющих импульсов может быть возобновлена после восстановления в сети расчетного значения напряжения в интервале 2л < со/ < (8л/3); при отсутствии то-

ка - в том же интервале времени, когда напряжение и/, будучи направленным навстречу э.д.с. вторичных обмоток трансформатора Тр, превышает по абсолютной величине мгновенное значение соответствующей э.д.с. Отсчет углов ведется с момента подачи последнего управляющего импульса.

Научный руководитель профессор, д.т.н. Б.Н.Абрамович