Диссертация (Моделирование и анализ электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом), страница 13

4.5. Осциллограммы токов асинхронного двигателя с частотой fM=54,555 Гцпри питании от ПЧ с двухуровневой ШИМ с несущей частотой 2 кГц (1)и асинхронного генератора, работающего на сеть частоты 50 Гц,при испытании методом взаимной нагрузкиРис. 4.6. Осциллограммы мгновенных мощностей асинхронного двигателя при питаниинапряжением с частотой fM=54,555 Гц от ПЧ с двухуровневой ШИМ с несущей частотой 2кГц (1) и асинхронного генератора, работающего на сеть частоты 50 Гц,при испытании методом взаимной нагрузки106Осциллограммы мгновенных токов двигателя и генератора во временипредставлены на рисунке 4.5. Индуктивности обмоток двигателя сглаживаютимпульсные составляющие в кривой тока двигателя, снижая их амплитуды.Действующее значение тока двигателя составило IM=1,13973 А, генератора –IG=1,36836 А.

Осциллограммы мгновенных мощностей двигателя и генератораво времени представлены на рисунке 4.6.Потребляемая активная электрическая мощность двигателя составилаP1M=493 Вт, реактивная электрическая мощность двигателя – QM=662,875 ВАР,полная электрическая мощность – SM=825,51 ВА.

Отдаваемая генератором всеть активная электрическая мощность составила Р2G=-130,98 Вт, потребляемаяреактивная электрическая мощность – QG=945,337 ВАР, полная электрическаямощность генератора – SG=954,367 ВА. Электрические потери в обмоткестатора двигателя составили РЭл1M=95,8658 Вт, электрические потери в обмоткеротора двигателя - РЭл2M=17,80426 Вт.

Полезная мощность двигателя составилаP2M=359,632 Вт, вращающий момент на валу агрегата - М=2,2155 Н.м.КоэффициентполезногодействиядвигателясоставилКПДM=0,73095,коэффициент мощности двигателя - cos  M=0,59599. Коэффициент полезногодействиягенераторасоставилКПДG=0,36419,коэффициентмощностигенератора – cos  G =0,13723. Результаты экспериментальных исследованийэлектромеханических характеристик двухмашинного агрегата с асинхроннымдвигателем и асинхронным генератором методом взаимной нагрузки в разныхрежимах приведены в таблице 4.1.С целью верификации математических моделей электромеханическихпроцессов в двухмашинном агрегате при разной частоте питания двигателябыли рассчитаны аналогичные характеристики на основе взаимосвязанныхполевых моделей генератора и двигателя, приведенные в таблице 4.2.107Таблица 4.1.

Экспериментальные данные испытаний системы асинхронный двигатель – генераторfUГцВ505152535455244246250252255257,5IА1,111,091,11,111,151,19cos φо.е.0,160,250,350,440,520,59ДвигательP1MP2MВтВт13234204110285190369266462353549420MНм0,20,71,171,62,152,57ηMnsMUо.е. об/мин о.е.В0,28 149902200,52 1513 0,011 2200,67 1528 0,021 2200,71 15420,03 2200,75 15540,04 2200,74 1565 0,051 220IА1,031,091,151,221,281,37P1GВт11054-2-70-111-157Генераторcos φ ηGsGРM+PGо.е. о.е.о.е.Вт0,16002420,076 0 -0,008724800 -0,01872850,075 0,26 -0,0282990,12 0,31 -0,0363510,17 0,37 -0,043392Таблица 4.2. Расчетные данные, полученные моделированием работы установки на основе взаимосвязанных полевыхмоделей двигателя и генератораfГц505152535455UIcos φВАо.е.230 0,95 0,15246,510,24250 1,075 0,33252 1,096 0,42255 1,120,5257,5 1,17 0,56ДвигательP1M P2MВтВт13240210 110290 182355 250452 330530 410MНм0,20,71,11,552,12,3ηMnsMо.е.

об/мин о.е.0,3150000,52 15130,0110,62 1530 0,01920,715450,0280,73 15560,0390,77 15700,048108UВ220220220220220220IP1GАВт0,95 1101481,0501,089 -661,18 -1051,25 -160Генераторcos φ ηGsGРM+PGо.е.о.е.о.е.Вт0,16002420,0760-0,08725800-0,022900,075 0,264 -0,032990,12 0,32 -0,0373470,17 0,39 -0,046370На частоте 52 Гц происходит компенсация потерь генератора и далеезнак мощности меняется – генератор начинает отдавать энергию в сеть.Потребляемая агрегатом мощность определяется потерями в двух машинах,увеличивающимисяпропорциональнопеременнымпотеряммашин.Экономия энергии при испытаниях достигается рекуперацией энергии - засчет отдачи генератором мощности в сеть. Отмечено, что питание от ПЧувеличивает потребляемую активную мощность двигателя на 6-8 %,реактивную на 8-10 %.На рисунке 4.7 изображены зависимости тока статора двигателя отполезной мощности, полученные экспериментально и расчетом в полевоймодели.Рис.

4.7. Зависимость тока статора двигателя от полезной мощности при испытанияхметодом взаимной нагрузкиЗависимости имеют классический для асинхронных машин характер –ток увеличивается с ростом нагрузки на валу двигателя. Зависимость,рассчитанная в полевой модели, совпадает с экспериментом с погрешностьюне более 7 %.109Рисунок 4.8 иллюстрирует зависимость потребляемой мощности отполезной для двигателя. Испытания методом взаимной нагрузки показываютклассический для асинхронных машин характер увеличения потребляемоймощности машины при росте полезной нагрузки, что отражает рабочиехарактеристики испытуемой машины.

Полевая модель дает достаточнуюсходимость с экспериментом.Рис. 4.8. Зависимость потребляемой мощности двигателя от полезной мощностипри испытаниях методом взаимной нагрузкиСравнениеопытныхирасчетныхзависимостейкоэффициентамощности в зависимости от нагрузки (рис. 4.9) показывает хорошуюсходимость результатов, даваемых полевой моделью в сравнении сэкспериментом с погрешностью не более 7%.В целом графики на рисунках 4.7, 4.8 и 4.9 иллюстрируют достаточнуюточность расчетных методик на основе взаимосвязанных полевых моделейприопределенииинтегральныхэлектромеханическихдвигателя и генератора в составе двухмашинного агрегата.110характеристикРис. 4.9.

Зависимость коэффициента мощности двигателя от полезной мощностипри испытаниях методом взаимной нагрузкиНа рисунке 4.10 представлены экспериментальная и расчетнаяосциллограммы токов фазы статора двигателя при номинальной нагрузке припитании напряжением с частотой 54 Гц от ПЧ с двухуровневой ШИМнапряжения.

Несущая частота ШИМ 2 кГц.Рис. 4.10. Экспериментальная и расчетная осциллограммы токов фазы статора двигателяпри номинальной нагрузке при питании напряжением с частотой 54 Гц от ПЧ сдвухуровневой ШИМ напряжения. Несущая частота ШИМ 2 кГц.111Формы тока содержат широкий спектр высших гармонических,вносимыхпитающимнапряжением.Высокаястепеньсовпаденияэкспериментальной и расчетной осциллограмм мгновенных значений токовсвидетельствует о достаточной точности расчетных методик на основевзаимосвязанных полевых моделей при определении не только интегральныхэлектромеханических характеристик, но и мгновенных значений токовдвигателя и генератора в составе двухмашинного агрегата, работающих вустановившемся режиме.Для проверки адекватности работы модели в динамическом режимерассматривался пуск двухмашинного агрегата без механической нагрузки навалу.

На рисунке 4.11 показаны кривые изменения токов трех фаз статорадвигателя при пуске, полученные экспериментально и путем расчета вполевой модели. Момент инерции роторов двух машин принят равным 0,006кг·м2 [53, 86]. Фиксируется всплеск пускового тока, затем агрегат выходит наустановившийся режим работы.

По всем трем фазам кривые динамическогорежима с достаточной точностью совпадают, погрешность не превышает 7%.Этоподтверждаетдостаточнуюадекватностьполевоймоделидинамическом режиме.Рис. 4.11. Зависимость фазных токов статора двигателя от времени при пускедвухмашинного агрегата без механической нагрузки на валу112ивБыли отсняты экспериментальные кривые разгона двухмашинногоагрегата при пуске без нагрузки со стороны генератора. Проведенысоответствующиерасчетынавзаимосвязанныхполевыхмоделяхдвухмашинного агрегата в динамическом режиме пуска. Результатыэкспериментальных и расчетных исследований представлены на рисунке4.12. Машина разгоняется и за 0,1 с выходит на установившийся режим.Экспериментальная кривая разгона и рассчитанная в полевой моделисовпадают с небольшой погрешностью, как при разгоне, так и вустановившемся режиме.Рис. 4.12.

Характеристика разгона (частоты вращения) двигателем двухмашинного наобщем валу агрегата при пуске без нагрузки со стороны генератораТаким образом, экспериментально подтверждена адекватность моделейиметодикирасчетаэлектромеханическихинтегральныхпроцессовимгновенныхдвухмашинногоагрегатапараметроввсоставеасинхронного двигателя и асинхронного генератора с общим валом на основевзаимосвязанных полевых моделей при испытаниях методом взаимнойнагрузки с рекуперацией энергии в сеть в статических и динамическихрежимах.1134.3.

Сравнительный анализ результатов методик расчетногоанализавзаимосвязанныхэлектромеханическихпроцессоввасинхронных машинах с общим валомДля расчета электромеханических процессов в цепных моделяхсистемы испытаний методом взаимной нагрузки были реализованы вариантымодели системы асинхронный двигатель – генератор, состоящей из двухтяговых асинхронных машин большой мощности. Одна из асинхронныхмашин - 7ТАД250-260-У2, разработанная в ПАО «НИПТИЭМ» г.