Спосіб взаємного навантаження машин постійного струму без механічного з’єднання валів

Спосіб взаємного навантаження машин постійного струму без механічного з'єднання валів, при якому встановлюють амплітуду напруги якірного кола електричних машин на рівні заданої, задають постійну і змінну складові напруги якірного кола випробуваного двигуна і постійну та змінну складові напруги кола збудження, змінюють струм збудження випробуваного і допоміжного двигунів, регулюють струм якоря випробуваного двигуна з ефективним значенням, рівним номінальному, U 2 (19) 1 3 Недоліком систем динамічного навантаження є те, що при реалізації динамічних режимів знакозмінні складові потужності циркулюють в мережі, призводячи до зниження якісних характеристик напруги живлення. Це веде до порушення нормального функціонування споживачів електричної енергії різноманітного застосування. Ці коливання потужності призводять до завищення встановленої потужності силового перетворювального та трансформаторного обладнання. Відомий спосіб навантаження двигунів постійного струму динамічним навантаженням при впливі на струм збудження (Родькін Д.Й., "Системи динамічного навантаження і діагностики електродвигунів при післяремонтних іспитах", М., Надра, 243с. (стор.143)), здійснюваний шляхом представлення кола збудження двигуна генератором гармонійних коливань, застосування блока введення констант і блока множення в ланцюзі внутрішнього зворотного зв'язку за швидкістю та в прямому каналі формування моменту, що відповідає ідеальному випадку еквівалентного кола збудження з керованим збудником, регулювання потоку збудження здійснюється за пропорційно-інтегральним законом і дозволяє найбільш просто визначити якісну сторону процесу навантаження. Недоліки способу: - струм якоря електричної машини носить знакозмінний характер, що вимагає зміни напряму потоку енергії загальна величина якої залежить від номінальної потужності випробуваного двигуна; - струм і швидкість - навантажувальні параметри залежать від напруги, але в процесі навантаження не можуть бути сформовані необхідним чином для створення режиму роботи з еквівалентними втратами близькими до номінальних; - реалізація алгоритму керування не дозволяє визначити закон зміни потоку збудження, при якому знакозмінна складова струму джерела живлення матиме мінімальне значення. Даний винахід прийнято за аналог способу. Відомий спосіб навантаження двигунів постійного струму (Іспитова електромеханічна система і спосіб керування нею. Пат. UA, 62488 G01R 31/34), при якому в реверсивному тиристорному перетворювачі якірного кола, обладнаного системою керування з незалежним регулюванням кутів керування шести вентилів мостового перетворювача, встановлюють амплітуду третьої гармоніки напруги на виході на рівні заданої, задають постійну і змінну складові напруг керування тиристорного перетворювача якірного кола випробуваного двигуна і кола збудження. Для поліпшення енергетичних режимів і розширення діапазону регулювання навантаження змінюють струм збудження випробуваного і допоміжного двигунів, домагаються рівності нулю мінімального значення струму в колі якірного перетворювача. Для поліпшення енергетичних показників у колі змінного струму змінюють кути керування тиристорного перетворювача джерела ємнісного струму, домагаючись симетрії струмів у фазах мережі живлення. Недоліки способу: - необхідність імпульсного керування додатково застосованим конденсатором, в результаті чого 41089 4 виникають вищі гармоніки струму мережі; - необхідність формування підвищеного спектра гармонік напруги, поданої на випробувану машину, призводить до появи вищих гармонік і негативного впливу на машину і мережу; - спосіб передбачає управління перетворювачем в режимі навантаження зміною кута керування вентилями, який негативно впливає на енергетичні процеси в мережі; - необхідність незалежного регулювання кутів керування вентилів тиристорного перетворювача в якірному колі з встановленням різних кутів керування в анодній і катодній групах перетворювача, суттєво ускладнює спосіб випробування електричних машин. Відомий винахід прийнято в якості прототипу способу. В основу корисної моделі поставлено задачу навантаження випробуваного двигуна з використанням електричної машини-компенсатора при незмінному напрямку струму силового перетворювача та мінімальному його ефективному значенні. Винахід пояснюється кресленнями: Фіг.1 - Алгоритм роботи системи компенсації; Фіг.2 - Продовження алгоритму роботи системи компенсації; Фіг.3 - Сигнали імпульсів керування перетворювачами в колах збудження електричних машин; Фіг.4 - Діаграма визначення кута зсуву фаз струму; Фіг.5 - Залежності струмів електричних машин та джерела живлення; Фіг.6 - Алгоритм роботи системи навантаження з машиною-компенсатором; Фіг.7 - Продовження алгоритму роботи системи навантаження з машиною-компенсатором; Спосіб взаємного навантаження машин постійного струму без механічного з'єднання валів, при якому в реверсивному тиристорному перетворювачі якірного кола встановлюють амплітуду напруги на виході на рівні заданої, задають постійну і змінну складові напруги керування тиристорного перетворювача якірного кола випробуваного двигуна і постійну та змінну складові напруги кола збудження, змінюють струм збудження випробуваного і допоміжного двигунів, регулюють струм якоря випробуваного двигуна з ефективним значенням рівним номінальному, регулюють поток збудження допоміжного двигуна, домагаються рівності нулю мінімального значення струму в колі якірного перетворювача, який відрізняється тим, що згідно корисної моделі задають постійне номінальне значення напруги збудження машин, збільшують напругу якірного кола, контролюють струм якоря та частоту обертання машин, змінюють шпаруватість імпульсів напруги збудження, вимірюють миттєві значення струмів збудження й якірних кіл електричних машин, а також струм джерела живлення, визначають ефективне значення струму якірного перетворювача, змінюють зсув фаз напруг збудження машин, досягають мінімального ефективного значення струму якірного перетворювача і незмінного його напрямку, в режимі компенсації здійснюють навантаження випробуваної машини протягом заданого часу, вимі 5 рюють миттєві значення частот обертання та струмів електричних машин і струму джерела живлення, порівнюють частоту обертання та струми із заданими, перевіряють відповідність вимогам проведення навантаження. Поставлена задача вирішується в такий спосіб: - з метою зниження впливу системи динамічного навантаження на мережу та для регулювання потоку енергії, що проходить через якірний перетворювач, додатково застосована електрична машина-компенсатор, напруга і струм якої контролюються датчиками; - в режимі навантаження зміною потоку збудження випробуваної машини та машиникомпенсатора, досягають зниження коливань енергії, яка циркулює через якірний перетворювач, та одного її напряму; - шляхом формування законів зміни струмів збудження випробуваного двигуна і машиникомпенсатора досягають незмінного напрямку струму перетворювача та мінімального його ефективного значення; - за рахунок формування алгоритму керування електричними машинами реалізуються задані енергетичні процеси в колі якоря випробуваної електричної машини. При цьому від відомого способу навантаження пропонований спосіб відрізняється переліком операцій і їхньою послідовністю: - розгін випробуваного двигуна і машиникомпенсатора здійснюється шляхом лінійного збільшення напруги якірного кола при номінальній напрузі в колі збудження з контролем струмів якірних кіл і частот обертання; - шляхом лінійного збільшення тривалості імпульсів напруги збудження випробуваної машини формують струм якоря з одночасним контролем частоти обертання; - шляхом лінійного збільшення тривалості імпульсів керування напруги збудження машиникомпенсатора, яка змінюється з частотою напруги збудження випробуваної машини, досягають рівності амплітуд змінних складових струмів якірних кіл обох електричних машин; - контролюючи струми якірних кіл електричних машин фіксуються їх миттєві значення на протязі (3-4) періодів змінної складової, шляхом розрахунку визначають кути фазових зсувів змінних складових струмів та їх різницю Δφ; - зсувають імпульс напруги збудження машини-компенсатора на кут (p-Δφ); - контролюють струм перетворювача і розраховують його ефективне значення; - шляхом зміни різниці кутів зсуву фаз між імпульсами напруг збудження Δφ підбирають режим роботи, при якому ефективне значення струму якірного перетворювача матиме мінімальне значення; - збільшуючи амплітуду змінної складової напруг збудження досягають режиму, при якому діюче значення струму випробуваної машини дорівнюватиме його номінальній величині; - в режимі компенсації здійснюється процес навантаження випробуваного двигуна протягом 41089 6 заданого часу з вимірюванням контрольованих параметрів машини. Розглянемо спосіб навантаження випробуваної машини з використанням електричної машиникомпенсатора при незмінному напрямку струму якірного перетворювача та мінімальному його ефективному значенні шляхом формування законів зміни струмів збудження обох машин. Для визначення різниці кутів зсуву струмів машин і формування режиму навантаження необхідно контролювати параметри: напругу і струм якоря (uяд(i), uяк(i), іяд(i), іяк(i)), частоту обертання (ωяд(i), (ωяк(i)), струми збудження (ізд(і), ізк(i) обох електричних машин та напругу і струм перетворювача (uп(і), іп(і)), де i - відповідний момент вимірювання параметра. Робота системи компенсації на етапі розгону електричних машин при незмінному напрямку струму силового перетворювача та мінімальному його ефективному значенні проводиться в такий спосіб (Фіг.1, Фіг.2). Виходячи з доремонтних параметрів машин визначаються межі зміни керуючих напруг з метою виключення перевантажень і аварійних режимів: похідної за максимальним струмом двигуна, максимального значення струмів перетворювача, двигуна та машини-компенсатора ö æ dI - ç д max , Iп max ,Iд max ,Iк max ÷ . ÷ ç dt ø è За паспортними даними розраховують параметри керуючих впливів. Електричні машини підключені колами збудження через датчики струму збудження до керованих транзисторних перетворювачів, за допомогою яких змінюються струми збудження електричних машин. Якірні кола з'єднані через датчики струму якоря з керованим тиристорним перетворювачем, напруга на якому контролюється датчиком. Шляхом завдання постійних напруг збудження та зміни вихідної напруги керованого перетворювача в якірному колі здійснюється розгін обох електричних машин до номінальної частоти обертання ωд= ωдн, ωк=ωкн з обмеженням величини пускового струму. Може бути застосований задатчик інтенсивності або замкнута система з обмеженням динамічного струму. Зміною вихідної напруги керованих перетворювачів в колах збудження Uз0д, Uз0к (Фіг.3) здійснюється формування ефективних значень струмів машин, що дорівнюють номінальному значенню струму випробуваної машини Ізд=Із дн, Ізк=Із кн. Шляхом лінійного збільшення тривалості імпульсу керування напруги збудження машини-компенсатора ΔUзк досягають рівності амплітуд змінних складових струмів якоря обох електричних машин. Контролюючи струми якоря обох машин Ід і Ік, фіксують їх миттєві значення протягом (3-4) періодів Т змінної складової струму. Розраховуються кути фазових зсувів змінних складових струмів якоря φд, φк: I I j д = arctg ад ; jк = arctg ак Ibд Ibк і різницю фаз між векторами струмів Δφ: I I Dj = jк - jд = arctg ак - arctg ад , Ibд Ibк де Іад, Іbд, Іак Іbк - ортогональні синусна та коси 7 41089 нусна складові струмів випробуваної машини та машини-компенсатора, що визначаються з миттєвих значень струмів виміряних в i моменти часу за період навантаження із загальною кількістю вимірів N. При дискретному вимірюванні струму ортогональні складові представлятимуться у вигляді: 1 I0 = × N n å i =1 2 Ii; Ia = × N n å i =1 2 Ii × cos iWDt; Ib = × N n å I × sin iWDt; i i =1 , де Ω - основна частота змінної складової струму якірного кола випробуваної машини kФн W= , де kФн, Lя, J - коефіцієнт магнітного Lя × J потоку, індуктивність якірного кола та момент інерції якоря випробуваної машини відповідно. Шляхом розрахунку визначається ефективне та середнє значення струму якірного перетворювача за першою гармонікою: Iеф.п = Iсер.п = 1 × N 1 × N N i å I [] 2 п = I2 + I2 + 2 × Iд × Iк × cos Dj ; д к i=0 N i åI [] п i=0 Шляхом зміни різниці кутів зсуву фаз змінних складових напруг збудження машин на Δφ, фіксуючи струми якоря машин, розраховуються поточна різниця фаз між векторами струмів Δφ та поточне ефективне значення струму якірного перетворювача Іеф.п пот. Порівнюють поточне значення струму Іеф.п пот. з попереднім Іеф.п поп. якщо виконується умова Іеф.п пот.