Диссертация (1172958), страница 21
Текст из файла (страница 21)
ЧиликинВентильный привод с синхронным двигателем и зависимым инвертором]представляет сложное электромеханическое устройство, поведение которого впереходных процессах определяется электромагнитными и электромеханическимипроцессами.Синхронный двигатель, являясь нагрузкой инвертора, в переходном режимеописывается дифференциальными уравнениями Парка–Горева [21, 26, 28, 48, 116,131], базирующимися на линейном представлении СД с учетом первой гармоникитока статора. Данный метод менее трудоемок и позволяет провести большоеколичество вариантов расчета, не требующих глубоких исследований в отличие отметода проводимостей зубцовых контуров [5, 6].Для выбора и настройки параметров комплекса «статический преобразовательчастоты – СД» необходимо знать параметры СД и его схемы замещения.
Длядвигателя ТДС, который только что был разработан, этот вопрос был особоактуален. Поэтому созданная нами математическая модель расчета параметровсинхронных турбодвигателей [100] была использована для решения важной научнотехническойзадачитоговремени–разработкикомплекса«статическийпреобразователь частоты – СД» на базе пускового тиристорного устройства ПТУС5000 [89].Для СД серии ТДС, как уже указывалось, необходимо учитывать явлениеповерхностного эффекта, которое приводит к изменению активного сопротивления ииндуктивного сопротивления рассеяния (определяемым по выражениям (2.28), (2.29)и зависящих от них параметров (X”d, X”q , Т’d, Т”d, T’1q) от частоты вращения ротораСД.Зависимости сопротивлений эквивалентного демпферного контура ТДС-20000и ТДС-31500 от скольжения ротора приведены на рис.
2.15.Зависимости параметров X”d, X”q , Т’d, Т”d, T’1q от скольжения для двигателейТДС приведены на рис. 2.16.128абРисунок 2.15 – Характеристика эквивалентного демпферного контура ТДС-20000(а) и ТДС-31500 (б)абРисунок 2.16 – Характеристика параметров ТДС-20000 (а) и ТДС-31500 (б)Из анализа зависимостей СД при изменении скольжения (от s=1 до s=0) получено, что: а) сверхпереходное сопротивление по продольной оси изменяется для129ТДС-20000 в 1,3 раза, а для ТДС-31500 – в 1,4 раза; б) сверхпереходноесопротивление по поперечной оси изменяется для рассматриваемых двигателей,соответственно, в 1,6 и 1,8 раза; в) переходная постоянная времени по оси dизменяется в 1,1 раза для ТДС-20000 и 1,05 раза для ТДС-31500; г) сверхпереходнаяпостоянная времени по продольной оси изменяется для указанных двигателей,соответственно, в 14,4 и 16,6 раза; д) сверхпереходная постоянная времени попоперечной оси для рассматриваемых двигателей изменяется, соответственно, в 12,0и 13,8 раза.
Широкие пределы изменения указанных параметров подтверждаютнеобходимость учета приведенных зависимостей при расчетах переходныхпроцессов пуска или самозапуска СД (табл. 2.7 -2.9). Достоверность расчетныхпараметров ТДС подтверждена тем, что расхождение между экспериментальнополученными и расчетными частотными характеристиками [100] активного ииндуктивного входных сопротивлений двигателя не превышает 10% (рис. 2.16).Таблица 2.7 – Параметры схемы замещения СД серии ТДСИндуктивные сопротивления, о.е.Тип СДТДС-20000ТДС-315000,1420,1022,311,520,1590,135,,п0,1190,1220,01670,0171Активные сопротивления, о.е.-2-1"-2, 10,п 10, 100,3950,3730,2820,2660,1180,092Таблица 2.8 – Расчетные параметры СД серии ТДСТип СДИндуктивные сопротивления, о.е.ТДС-20000Погрешность,%ТДС-31500Погрешность,%2,2757,31,86014,7"0,2861,70,2231,30,1571,30,1173,3Постоянные времени, с7,329,86,5814,70,7980,90,8040,6"0,011,00,08712,1Таблица 2.9 – Постоянные времени СД серии ТДС в синхронном режиме (с)Тип СДТДС-20000ТДС-31500,1,9611,402,0,2040,186,8,466,97",0,1700,173,0,8510,841",0,1440,144,·10-10,9611,040130абРисунок 2.17 – Частотная характеристика входного активного (а) и индуктивного(б) сопротивления ТДС-20000(--- расчетные; –– экспериментальные данные)Силовая часть системы «статический преобразователь частоты – СД» состоитиз понижающего трансформатора Т1, двух силовых блоков преобразователя –управляемого трехфазного мостового инвертора (И) и управляемого трехфазногомостового выпрямителя (В), систем управления выпрямителем (СУВ) и инвертором(СУИ), помехозащищенных (L1, L2) и сглаживающего (L3) реакторов (рис.
2.18).абРисунок 2.18 – Структурная схема силовой части (а) и системы «преобразовательчастоты – СД» (б)131Выпрямитель преобразует трехфазный ток СЭС в постоянный, величинакоторого устанавливается с помощью регулятора тока. Инвертор преобразуетпостоянный ток в переменный, частота которого регулируется от 0 до 53 Гц.Двигатель ТДС имеет отпайки от основной обмотки статора напряжением 3,3 кВ.В промежуточном контуре постоянного тока установлены реакторы длясглаживания выпрямленного тока и ограничения скорости нарастания аварийноготока.Пуск от частотного преобразователя делится на две функционально различныестадии в зависимости от скорости вращения и условий коммутации.
На первойстадии пуска преобразователь работает по схеме с искусственной коммутацией[131], во время второй стадии коммутация осуществляется за счет ЭДС двигателя.При скоростях выше 10% номинальной инвертор коммутируется индуктированнойЭДС двигателя. При достижении синхронной частоты вращения и совпадениянапряжения на выводах двигателя по фазе и величине с напряжением в системеэлектроснабжения автосинхронизатором включается выключатель В1 и отключаетсяВ2 (см.
рис. 2.16).Для пуска ТДС-20000, используемого для привода компрессора К-3000,применяется ПТУС-5000, который обеспечивает плавное изменение частоты иразгон агрегата за время не более 5 мин. Пусковое устройство допускает два пускаподряд с паузами между сдвоенными пусками не менее 3 мин для ТДС-20000 и 10мин – для ТДС-31500 [100].Анализ статических и динамических характеристик системы «статическийпреобразователь частоты – СД» в переходных и установившихся режимах,определяемых звеном постоянного тока и электромеханической постояннойвремени СД, без учета дискретного характера работы пускового тиристорногоустройства типа ПТУС будем проводить при допущениях: силовые элементыПТУС идеальны, потери в тиристорах, сглаживающих реакторах, а также в сталимеди ротора СД отсутствуют, выпрямитель и инвертор безынерционны,магнитная система СД не насыщена, влияние высших гармоник на токи,напряжение и электромагнитный момент СД не значительно и им можно132пренебречь [131].При исследовании электромеханических переходных процессов в СЭСпромышленных предприятий нельзя пренебрегать ЭДС скольжения, а причастотах близких к нулю и активным сопротивлением обмотки статора.
Приуказанных допущениях с использование системы координат (d, q) и с учетомпринятого направления осей, уравнения, описывающие электромагнитные иэлектромеханические процессы в системе «статический преобразователь частоты– СД» при частотном управлении, имеют вид [22, 89]:====гдепр=/−++пр/ ++пр===др– частота тока статора;напряжение в промежуточном контуре;ПТУС;−;;;стст(2.142)(2.143)(2.144)(2.145);мх ;(2.146)/ ,(2.147)=В/– выпрямленное– угол управления выпрямителемВ– инвертируемое напряжение; U,I – амплитуды первойгармоники фазного тока и напряжения СД в относительных единицах; φ –фазовый угол между ними;др– индуктивность сглаживающего дросселя.Систему уравнений (2.142)-(2.147) дополним известными соотношениями дляпотокосцеплений с учетом принятых допущений.
Из уравнений (2.142) и 2.143) сучетом соотношений потокосцеплений можно получить:=Обозначив через sin==пр Хпр Хст /прстстпр Хстпр ХстХпрХ, cos=;(2.148).(2.149)пр Х/отражающий внутреннее сопротивление двигателя, получим. Из векторной диаграммы СД имеем=что для СД с массивным гладким роторомsin=и=, где=– угол,ст+пр Х. Тогда, учитывая, уравнения (2.148) и (2.149)133можно преобразовать к виду:==прcosпрcos( + );−sinsin( + )+(2.150).(2.151)Активная и реактивная мощности СД в случае частотного пускаопределяются соотношениями:сдсд==sincosпр+sin( − );пр−(2.152)cos( − ).(2.153)Электромагнитный момент, развиваемый СД, при частотном пуске:прМэм = −sin+sin( + ).(2.154)Система уравнений (2.142)-(2.147), (2.150)-(2.154) совместно с уравнениемсвязи между напряжением на входе инвертора и частотой его выходногонапряжения:cos = пр cos ,(2.155)где– номинальный угол, позволяющий описать переходной процесс частотногопуска СД.
В начальный момент пуска СД имеем:cos= 0 и уравнения (2.84) – (2.88) примут вид:=сд= 0,=ст ,sin= 1,sin ;(2.156);(2.158)= 0;(2.159)=сдпр=стстcos ;ст(2.157)Мэм =cos / ст .(2.160)Таким образом, получена система уравнений (2.142) – (2.147), (2.150)-(2.155), позволяющая исследовать переходные процессы частотного пуска СД отстатического преобразователя частоты.Метод использован при выполнении работы «Внедрение головных образцовсинхронного двигателя ТДС-20000 с преобразователем частоты ПТУС-5000 в134комплексе компрессора К-3000 на кислородной станции № 2 НЛМК».Технический отчет, № 20640. - М.: ПТП Центроэнергочермет, 1983, 65 с», расчетныеисследования и экспериментальные данные частотного пуска приведены на рис.2.19.Рисунок 2.19 – Результаты обработки осциллограмм частотного пуска ТДС-20000Из полученных данных следует, что время частотного пуска СД составило250 с.
Начальное значение выходного напряжения 1840 В, в дальнейшем растетдо 10580 В. Ток статора в момент включения составил 666А и увеличился к концупуска до 1332 А. Режим искусственной коммутации продолжался до частоты 9 Гци составил по времени 35 с. Погрешность результатов расчета не превышает 14%(рис. 2.18).2.7. Итоги разработки математических моделей и алгоритмов расчетапереходных процессов узлов комплексной нагрузки ЭТС1. Получены уравнения учета поверхностного эффекта в синхронныхдвигателях с массивным гладким ротором и АД, разработаны алгоритм ипрограмма расчета параметров их схем замещения, пусковых характеристикдвигателей.Изсравнениепараметровсхемызамещенияипусковыххарактеристик двигателей с экспериментальными данными выявлено, чтопредложенная математическая модель СД точнее аппроксимирует пусковыехарактеристики и определяет параметры двигателей.1352. В математической модели переходных процессов синхронных машинобоснована необходимость учета знакопеременных и дополнительных моментовпри учете взаимного влияния двигателей с целью повышения точности расчетоврезультирующей устойчивости для режимов выбега на короткое замыкание всетях 110 - 6 кВ.3.
Предложена модель замещения моментной характеристики механизма изтрех характерных участков, что точнее аппроксимирует моментные характеристикии позволяет моделировать различные по типу характеристики механизмов.4. Получена формула для расчета синхронной частоты напряжения wЭ навыводах секции РУ путем интегрирования уравнений движения ротора СД, АД иэквивалентного двигателя, не эквивалентируя при этом схему ЭТС идвигательную нагрузку, а рассчитывая параметры каждого СД и АД для любогомомента времени переходного процесса.5. Разработаны математические модели синхронных и асинхронныхэлектродвигателей, учитывающие каждый синхронный и асинхронный двигательсвоей системой дифференциальных уравнений, в которых учтены измененияпараметров двигателей и генераторов в функции угловой частоты вращения.6. Разработан метод расчета частотного пуска СД, позволяющий проводитьанализ статических и динамических характеристик системы «преобразовательчастоты–СД» в переходных и установившихся процессах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
