Диссертация (Моделирование и анализ электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом), страница 14

Владимир,предназначена для привода автобуса с гибридной силовой установкой,состоящей из дизельного двигателя и тяговых асинхронных генератора идвигателя. Двигатель 7ТАД250-260-У2 входит в состав установки в качествеприводного двигателя гибридного автобуса.В качестве нагрузочной машины (асинхронного генератора) былвыбран тяговый асинхронный двигатель ДАТЭ-170-4 У2 мощностью 170 кВтпроизводства «Электротяжмаш-Привод» г. Лысьва.

Двигатель предназначендляприводаколесныхпарголовныхипромежуточныхвагоновметрополитена моделей 81-720, 81-721. На рисунке 4.13 представленыа)б)Рис. 4.13. Двигатели 7ТАД250-260-У2 (а) и ДАТЭ-170-4 У2 (б)114двигатели, а в таблице 4.3 приведены номинальные данные машин.Таблица 4.3 Номинальные данные машинПараметрНоминальная частота вращенияЧисло полюсовМощность на валу, кВтМомент на валу, Н•мНапряжение линейное, ВНоминальная частота питания, ГцКПД, %, не менееКоэффициент мощности, о.е.Скольжение ротора, %, не болееКратность максимального момента, о.е.ДвигательГенератор7ТАД250-260У2 ДАТЭ170-4У21433126044120170800128037352548,5439394,20,930,881,21,72,83,2Сравнивались результаты расчета пуска двухмашинного агрегата свыходом в установившийся режим на номинальную нагрузку двигателя.Частота напряжения, питающего двигатель в номинальном режиме,оценивалась по соотношению (4.15).

Подобные испытания проводились виспытательном центре ОАО «НИПТИЭМ» при испытаниях комплектатяговых асинхронных машин в составе двигатель – генератор с 7ТАД250260У2 при участии автора данной работы, протокол испытаний от 24 октября2014 года представлен в приложении 1.Фото 4.14. Испытательная установка с 7ТАД250-260У2 в ОАО «НИПТИЭМ»115На фото 4.14 изображена экспериментальная установка НИПТИЭМпри испытаниях двигателя 7ТАД250-260У2.Численное моделирование электромеханических процессов былопроведено с использованием полной полевой, как образцовой, и двух цепныхмоделей. В первой цепной модели учет изменения активных и индуктивныхсопротивлений обмоток производился с помощью проектных методик, вовторой цепной модели – с помощью вспомогательных частных полевыхрасчетов, позволяющих также определить характер и степень изменениясопротивления соответствующей обмотки с изменением режима работы.Был смоделирован следующий режим: на генератор (ДАТЭ-170-4 У2)двухмашинного агрегата из двух машин с соединенных валами подавалосьноминальное трехфазное напряжение с частотой, обеспечивающей скоростьвращения, близкую к скорости вращения двигателя.

На двигатель подаетсяноминальное трехфазное напряжение, с частотой большей, чем у первой,обеспечивающей номинальную нагрузку двигателя при работе на генератор.После подачи напряжения начинается пуск агрегата, при этом в процессепуска обе машины работают в двигательном режиме с разной частотойпитания, а при достижении установившееся режима машина, работающая сменьшей частотой (ДАТЭ-170-4 У2), переходит в генераторный режим,нагружая двигатель (7ТАД250-260У2).На рисунках 4.14 – 4.15 показаны токи переходного процесса пускадвухмашинного агрегата с выходом на установившийся режим для машины,работающей в двигательном режиме и для генератора.116Рис.

4.14. Ток двигателя 7ТАД250-260У2 в переходном процессе запускадвухмашинного агрегатаНа начальном этапе переходного процесса фиксируется всплескпускового тока, который достигает 12 номинальных значений. По мереразгона агрегата ток двигателя уменьшается, двигатель выходит наустановившийся номинальный режим работы.Рис. 4.15. Ток двигателя ДАТЭ-170-4 У2 в переходном процессе запускадвухмашинного агрегата с переходом в генераторный режим117Поскольку запуск генератора происходит в двигательном режиме, токимеет тот же характер что и у двигателя, однако выход в установившийсярежим характеризуется опрокидыванием фазы тока, характерным припереходе в генераторный режим. Сравнение результатов расчетов по разныммоделям показывает, что результаты расчетов по цепной модели сиспользованием вспомогательных частных полевых расчетов, позволяющихполевым образом учесть изменение параметров обмоток, с лучшимприближением совпадают с результатами расчетов по полной полевоймодели, по сравнению с результатами расчетов по цепной модели, в которойучетизмененияактивныхииндуктивныхсопротивленийобмотокпроизводился с помощью проектных методик.

Погрешность расчетамгновенных значений токов для цепных методик может достигать 23 %.На рисунке 4.16 представлены расчетные, по полной полевой модели идвум цепным моделям с разными способами учета изменения параметровобмоток, зависимости изменения вращающего момента от времени впроцессепускадвухмашинногоагрегатасистемыиспытанийипоследующего выхода в установившийся режим, характеризующийсяноминальной механической нагрузкой испытуемого двигателя.Рис. 4.16.

Вращающий момент двигателя 7ТАД250-260У2 в переходном процессе запускадвухмашинного агрегата118На начальном этапе фиксируется ударный момент, вызванныймногократным увеличением тока при пуске машины. Ударный момент даетначальный «толчок» роторам агрегата. По мере разгона момент уменьшаетсяи выходит в установившийся режим на значение, являющееся номинальнымдля двигателя. Модель с учетом изменения параметров обмоток посредствомвспомогательных полевых расчетов дает наилучшее приближение к полнойполевой модели, принимаемой за образцовую. Модель с учетом измененияпараметров обмоток с использованием проектных методик показываетбольший ударный момент.

Погрешность расчета ударного момента дляцепных методик может достигать 42 %.Вращающий момент машины ДАТЭ-170-4 У2 на начальном этапепуска (рисунок 4.17) имеет характер, схожий с моментом двигателя7ТАД250-260У2 из-за того, что пуск происходит в двигательном режиме.Ударный момент, действующий на ротор машины ДАТЭ-170-4 У2суммируются с моментом, действующим на ротор двигателя 7ТАД250260У2. По мере разгона в характеристике момента наблюдаются колебания икогда скорость достигает к номинальной, момент становится отрицательным,что характерно для генераторного режима.

Этот момент уравновешиваетмомент, развиваемый двигателем.Рис. 4.17. Вращающий момент двигателя ДАТЭ-170-4 У2 в переходном процессе запускадвухмашинного агрегата с переходом в генераторный режим119Как следует из рисунка 4.17 наилучшую сходимость результатов сполной полевой моделью обеспечивает цепная модель с учетом измененияпараметров обмоток из вспомогательных полевых расчетов. Погрешностьрасчета электромагнитного момента для цепных методик может достигать25%. Расчетная зависимость момента, полученная в модели с учетомизменения параметров обмоток по проектным методикам, имеет большийсредний момент.На рисунке 4.18 представлены зависимости скорости вращения роторовдвухмашинного агрегата при пуске и выходе в установившийся режимнагрузки.Наначальномэтапепускаэлектромагнитныемоменты,действующие на роторы обеих машин в составе агрегата, начинают ихразгонять.

При приближении к номинальной скорости колебания моментавызывают колебания скорости вокруг синхронной скорости двигателя. Затемагрегат выходит на частоту вращения, задаваемой частотой питаниядвигателя и нагрузкой генератора, и эта частота больше синхронной длягенератора.Рис. 4.18. Кривая разгона двухмашинного агрегата в переходном процессе запуска120Сравнение характеристик на рисунке 4.18 показывает, что лучшуюсходимость с полевой моделью имеет кривая, полученная в модели с учетомизмененияпараметровэлектромагнитногополя.обмотокпоПогрешностьвспомогательнымрасчетарасчетаммгновеннойчастотывращения для цепных методик может достигать 40 %. Кривая, полученная вмодели с учетом изменения параметров обмоток по проектным методикам,показывает более интенсивный разгон агрегата из-за большего среднегомомента, действующего на роторы в процессе пуска.Из анализа зависимостей на рисунках 4.14 – 4.18 можно сделать выводо том, что, по сравнению с полной полевой моделью, цепная модель с учетомизменения параметров обмоток посредством вспомогательных полевыхрасчетов позволяет получить более адекватные результаты, чем цепнаямодель, в которой учет изменения параметров обмоток осуществляется попроектным методикам.а)б)Рис.

4.19. Экспериментальные и расчетные (по полной полевой модели)зависимости изменения тока (а) и потребляемой мощности (б)тягового двигателя 7ТАД250-260У2 с номинальной мощностью 120 кВтпри испытаниях методом взаимной возрастающей нагрузкиНа рисунке 4.19 (а, б) представлены экспериментальные, полученныеприпостпроектныхиспытанияхвлабораторииэлектрическихивиброакустических испытаний испытательного центра ПАО «НИПТИЭМ», и121расчетные (по полной полевой модели) зависимости изменения тока ипотребляемой мощности тягового двигателя 7ТАД250-260У2 с номинальноймощностью 120 кВт при испытаниях методом взаимной возрастающейнагрузки. Как следует их из графиков, расчетные зависимости имеютдостаточную сходимость с экспериментом.Таким образом, в сравнении с экспериментальными данными ПАО«НИПТИЭМ», дополнительно подтверждена адекватность моделей иметодикирасчетаинтегральныхимгновенныхпараметровэлектромеханических процессов двухмашинного агрегата в составе мощноготягового асинхронного двигателя и асинхронного генератора с общим валомна основе взаимосвязанных полевых моделей при испытаниях методомвзаимной нагрузки с рекуперацией энергии в сеть в статических идинамических режимах.