Установка для моделювання навантаження електродвигунів при їх післяремонтних випробуваннях

Установка для моделювання навантаження електродвигунів при їх випробуваннях, що включає реверсивний тиристорний перетворювач, датчики струму і напруги, датчик частоти обертання, тиристорний перетворювач для живлення обмотки збудження, керований по частоті генератор, блок завдання параметрів режиму навантаження, яка відрізняє ться тим, що вона додатково оснащена системою комутуючи х апаратів для підключення двигунів, що навантажуються, різних типів, силовими трансформаторами для узгодження напруг обмоток двигунів, цифровими системами керування тиристорними перетворювачами і збудниками, що включають у себе аналогово-цифрові перетворювачі, формувачі сигналів завдання, системи регулювання, системи імпульсно-фазового керування, нелінійним блоком з від'ємною петлею гистерезису в блоці системи керування другим тиристорним перетворювачем, датчиком струму другого перетворювача, датчиком активної потужності мережі, нелінійним блоком із симетричною зоною A 2 71356 1 3 71356 4 двигунів постійного струму (пат. НДР 216331 електродвигунів при їх випробуваннях, на відміну G01R31/34, «Спосіб перевірки під навантаженням від технічного рішення, що описано у прототипі, двигунів постійного струму»). Пристрій, що реалідодатково оснащена системою комутуючи х апаразує відоме технічне рішення, включає джерело тів для підключення двигунів різних типів, що наживлення (наприклад, тиристорний перетворювантажуються; силовими трансформаторами для вач), блок вимірювальних приладів, програмний узгодження напруг обмоток двигунів; цифровими пристрій, що видає сигнал завдання, вимірювач системами керування тиристорними перетворювашвидкості, двигун, що випробується. Пристрій дочами і збудниками, що включають у себе аналогозволяє створювати стр умове навантаження двигуво-цифрові перетворювачі, формувачі сигналів на шляхом впливу на якір двигуна знакозмінною завдання, системи регулювання, системи імпульснапругою. но-фазового керування, нелінійний блок з від'ємОписаний пристрій має наступні недоліки: ною петлею гистерезису в блоці системи керуван- обмежена область використання - можливо ня другим тиристорним перетворювачем; навантаження тільки двигунів постійного струму датчиком струму др угого перетворювача, датчинезалежного збудження (асинхронні, синхронні ком активної потужності мережі; нелінійним блодвигуни, двигуни постійного струму послідовного ком із симетричною зоною нечутливості в блоці збудження по даному те хнічному рішенню навансистеми керування тиристорним збудником двигутажувати неможливо); на постійного струму; контролером комутаційної - при деякому сполученні частоти живлення й апаратури; центральним контролером; ЕОМ. При амплітуди напруги можливе нерівномірне наванцьому система керування першим перетворюватаження окремих секцій якірної обмотки, це причем своїми виходами з'єднана з виходами датчика зводить до невірогідності режиму навантаження. струму першого перетворювача, датчика напруги, Відомий пристрій для навантаження двигунів центрального контролера, тиристорного перетвопостійного струму (А. с. СРСР №1556348, рювача, з напругою мережі. Система керування G01R31/34, «Устройство для нагружения двигатедругим перетворювачем своїми виходами зв'язана лей постоянного тока»). Відомий пристрій включає з виходами датчика струму другого перетворювареверсивний перетворювач, двигун, датчики струча, датчика напруги, датчика частоти обертання, му і напруги, датчик швидкості обертання, некероцентрального контролера, тиристорного перетвований випрямляч, у діагональ якого включена обрювача, з напругою мережі через активномотка послідовного збудження, додатковий індуктивний фільтр. Система керування тиристортиристорний перетворювач для живлення обмотки ним збудником двигуна постійного струму своїми збудження. виходами зв'язана з виходами датчика струму обНедоліками відомого технічного рішення є: мотки збудження, датчика активної потужності - обмежена область використання в зв'язку з мережі живлення, тиристорного збудника, з напрунеможливістю моделювання навантаження асинхгою мережі. Система керування тиристорним збуронних і синхронних двигунів; дником синхронного двигуна струму своїми вихо- невірогідність режиму навантаження внаслідами зв'язана з виходами датчика струму обмотки док того, що у випадку, якщо період знакозмінної збудження, тиристорного збудника, з напругою складової струму якоря кратний інтервалу часу, мережі. Контролер комутаційного устаткування протягом якого якір двигуна повертається на один своїми виходами зв'язаний з виходами вимикачів у полюсний розподіл, спостерігається нерівномірне ланцюгах установки, центрального контролера. завантаження окремих секцій якірної обмотки. Центральний контролер по цифровій шині зв'язаПричому, якщо одна з обмоток завантажуються ний із усіма системами керування тиристорними мінімальним струмом, то інші - максимально можперетворювачами і збудниками, за допомогою ливим. послідовного інтерфейсу центральний контролер Установка для моделювання навантаження зв'язаний з ЕОМ. Збільшення вірогідності наванелектродвигунів при їх післяремонтних випробутаження, за допомогою установки для моделюваннях пояснюється наступними графічними мавання навантаження електродвигунів при їх витеріалами: пробуваннях, полягає в тому, що вона дозволяє Фіг.1. Блок-схема установки для моделювання моделювати практично будь-яке, у тому числі і навантаження електродвигунів. циклічне технологічне навантаження для випробуФіг.2. Блок-схема системи керування тиристованих електричних двигунів, що відповідає роботі рним перетворювачем. в конкретному технологічному циклі. При цьому Фіг.3. Блок-схема системи керування тиристонавантажувальний режим виявляється адекватрним збудником. ним реальному по струмовому навантаженню й Метою винаходу є розширення області викоумовам охолодження (для самовентильованих ристання пристрою за рахунок моделювання намашин). Можливість моделювання навантаження вантаження двигунів усі х видів і поліпшення вірогідекількох електричних двигунів одночасно дозводності навантаження. ляє здійснювати навантаження машин великої Поставлена задача, таким чином, досягається потужності без небезпеки шкідливого впливу на тим, що шля хом уведення ряду блоків і комутаціймережу живлення й інших споживачів. ної апаратури з'являється можливість створення Пристрій включає тиристорні перетворювачі навантаження не тільки для двигунів постійного (ТП) 1 і 2 (фіг.1), що живляться від силових трансструму, що передбачається прототипом, але і для форматорів, відповідно 3 і 4, зв'язаних з мережею всіх інших видів електричних машин, що ремонтучерез вимикачі 5 і 6, системи керування тиристорються. Установка для моделювання навантаження ними перетворювачами (СКТП) 28, 30, двигун по 5 71356 6 стійного струму (ДПС) 7, тиристорний збудник (ТЗ) стійну амплітуду, тому що відношення L / R склаДПС 15, що живить незалежну обмотку збудження, дає 0,3 ¸ 0,25 с. Трансформатор TV1 виконує роль із системою керування 29, датчик струму (ДС) збурозділового. У СКТП28 LR-фільтр відсутній, тому дження ДПС 21, послідовну обмотку збудження 25 що синхронізація здійснюється від мережі з подвигуна 7, вимикач 17 у якірному ланцюзі двигуна, стійною частотою. датчик струму 18 перетворювача 1, датчик струму НБ - нелінійний блок з характеристикою симе19 перетворювача 2, датчик напруги 20 на якорі тричного гистерезису з від'ємною петлею. Реалідвигуна 7, датчик частоти обертання двигуна, що зація блоку може бути здійснена відповідно до навантажується, 23, датчик активної потужності (И.И. Тетельбаум, К.Р. Шнейдер. Практика аналомережі (ДАПМ) 24, урівнювальні дроселі (УД) 26, гового моделирования динамических систем, Эне27, асинхронний двигун з фазним ротором 8, асиргоатомиздат, 1987, с.167). Необхідність у встанонхронний двигун з короткозамкненим ротором 16, вленні такого блоку викликана наступним. Якщо синхронний двигун 9 з тиристорним збудником 10, врахувати, що крива напруги якоря (при навантасистемою керування 32, датчиком струму збуженні машини постійного струму) носить періодичдження 22, вимикачі 11-14, що комутують випроний характер, то при деякій швидкості wнеб одні й ті бувані машини змінного струму, контролер комуж секції якірної обмотки будуть обтікатися макситаційного устаткування 31, центральний контролер мальним струмом. Ця швидкість буде в тому випа33, ЕОМ 34. дку, коли час, протягом якого якір двигуна поверТаким чином, блоки 1, 2, 10, 15 являють, сонеться на один полюсний розподіл, дорівнює бою серійні тиристорні перетворювачі, зібрані за половині періоду кривої струму якоря. Цю швидмостовою схемою Ларіонова. Двигуни 7, 8, 9, 14 кість варто вважати небезпечною в тім значенні, двигуни, навантаження яких моделюється. Дроселі що при ній будуть перевантажені одні секції і не26, 27 - зрівняльні дроселі, що входять у структуру довантажені інші. Вірогідності навантаження в тареверсивного перетворювача. Серієсна обмотка кому випадку не буде. збудження двигунів послідовного і змішаного збуБлок налаштовується на режим, коли дження - 25. Якщо вона відсутня, то на її місці wc= wнеб . Сигнал на виході блоку з'являється при встановлюється закоротка. Можливе навантаження окремих двигунів чи їх спільне навантаження. При цьому для можливості навантаження асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором у складі установки необхідно мати стаціонарно встановлений асинхронний двигун з фазним ротором, а для підвищення енергетичних показників режимів навантаження - двигун постійного струму незалежного збудження (використовується як накопичувач енергії в ланці постійного струму) і синхронний двигун (для компенсації реактивної потужності, що споживається установкою в режимі навантаження двигунів). При моделюванні навантаження двигуни не закріплюються, а встановлюються на фундаментній плиті вільно. Комутуючі апарати 5, 6, 11, 12 - високовольтні масляні вимикачі, вимикач 17 - однополюсний вимикач постійного струму, вимикач 13, 14 - вимикачі для трифазних приймачів. Системи керування тиристорними перетворювачами 28 і 30 (фіг.2) - поєднують у собі блок аналого-цифрового перетворювача (БАЦП), що складається з аналогового мультіплексора (AM), на входи якого надходять аналогові сигнали, пропорційні струму, напрузі і швидкості, підсилювального каскаду (ПК) і безпосередньо АЦП; нелінійний блок (НБ); формувач сигналу завдання (ФСЗ), що формує цифровий код сигналу завдання, який відповідає режиму навантаження; блок синхронізації з мережею (БС); цифрову систему імпульснофазового керування (ЦСІФК), що здійснює видачу керуючих імпульсів на тиристори відповідно до коду сигналу завдання. Усередині СКТП програмно реалізована двоконтурна система підлеглого регулювання з регулятором струму і напруги. Оскільки СКТП 30 синхронізується від джерела напруги змінної частоти, синхронізація здійснюється за допомогою фільтра напруги змінної частоти (використовується LR-фільтр). Напруга, що знімається з опору, має змінну частоту і практично по wc = 0,9 × wнеб при збільшенні вхідного сигналу, і спадає до нуля при wc = 11× wнеб (якщо сигнал , зменшується). З появою на виході нелінійного блоку з від'ємною петлею гистерезису логічного сигналу, центральний контролер змінює параметри режиму навантаження. Реалізація нелінійного блоку з негативною петлею гистерезису здійснена програмно в системі керування тиристорними перетворювачами (28, 30). СКТП може бути реалізована за допомогою одного, або декількох мікропроцесорних контролерів, наприклад, за допомогою високопродуктивних сигнальних процесорів, що мають у своєму складі багатоканальні АЦП. Системи керування тиристорними збудниками СКТЗ 29 і СКТЗ 32 побудовані аналогічно СКТП28 (фіг.3), при цьому, усередині СКТЗ програмно реалізований тільки один контур регулювання - контур струму зб удження, відсутній LR-фільтр. Крім того, на СКТЗ 29 (вхід 1) приходить сигнал з датчика активної потужності 24. Далі сигнал, пропорційний активній потужності, у цифровому виді надходить на нелінійний блок типу «підсилювач із зоною нечутливості», реалізований програмно. Сигнал, що надходить з нелінійного блоку, додається до сигналу завдання струму збудження. Введення описаного нелінійного блоку є необхідним для локалізації поштовхів потужності в мережі живлення при навантаженні двигунів великої потужності. У блоці СКТЗ 32 нелінійний блок відсутній. Датчики струму 18, 19, 21, 22, а також датчик напруги 20 - датчики постійного струму і напруги, що включають блок гальванічної розв'язки і нормалізації (масштабування) вихідних сигналів. Вихідний сигнал датчиків струму 18 і 19 пропорційний випрямленому струм у перетворювачів, а також змінному струму перетворювачів. Співвідношення 7 71356 8 між випрямленим струмом і діючим значенням т.п.), чи одночасно для декількох машин. У останньому випадку допоміжна машина виконує функції змінного струму дорівнює Ідф = 2 / 3 × Id . Цим закомпенсатора - накопичувача енергії. Завдяки цій безпечується контроль у всі х ланцюга х одними й властивості в значній мірі поліпшуються енергетитими ж технічними засобами. чні режими мережі живлення: знижується циркуБлок 24 - датчик активної потужності, що сполююча між мережею і навантажуваним двигуном живається установкою з мережі. Вихідний сигнал потужність, знижуються втрати і негативні прояви датчика струму пропорційний активній потужності, на інші споживачі. що споживається з мережі. В якості датчика потуРоботу установки розглянемо для кожного з жності можна використовува ти типові серійні датраніше згаданих режимів, включаючи навантаженчики потужності трифазного струму. ня електричних машин при їх гр уповому вмиканні. Датчик швидкості обертання - стробоскопічний Моделювання навантаження двигуна незаледатчик, що не з'єднується з валом, а встановлюжного збудження. ється біля вала двигуна на відстані 10¸20 мм, безПри цьому ввімкнені вимикачі 5 і 6. Центральпосередньо з торця. На торці вала двигуна накленим контролером 33 на системи керування тирисюється розділений на кілька секторів папір у формі торними перетворювачами 28 і 30 видаються сигкола з діаметром, рівним діаметру вала. Вихідний нали завдання, що моделюють конкретне сигнал датчика в аналоговій чи цифровій формі технологічне навантаження з гармонійним чи інпри цьому пропорційний частоті обертання вала. шим законом зміни змінної складової струму двиДатчик 21 встановлюється безпосередньо біля гуна. Причому на СКТП 28 сигнал надходить, навала того двигуна, що навантажується. приклад, зі знаком "плюс", а на СКТП 30 - зі знаком Центральний контролер 33 - типовий промис"мінус". Таким чином, забезпечується робота пеловий контролер, служить для виконання функцій ретворювачів 1 і 2 одного у випрямному режимі, а керування і контролю режимів навантаження, приіншого - у інверторному. Знакозмінний сигнал, йому й аналізу величин, що відображають парамеформований у блоці СКТП формувачем сигналу три режиму навантаження; збір, аналого-цифрове завдання ФСЗ, забезпечує періодичні режими приперетворення і передачу інформації центральному скорення й уповільнення двигуна навколо деякої контролеру здійснюють СКТП (28, 30) і СКТЗ (29, середньої швидкості. 32). При цьому центральний контролер видає на При гармонійному законі зміни швидкості наформувачі сигналу завдання систем керування пруга на якорі повинна змінюватися відповідно до тиристорними перетворювачами і збудниками (28, залежності: 29, 31, 32) інформацію про форму сигналу завданdI ( t ) U(t ) = Iя (t ) × Rå + Lå × я + kf × wm × sinW × t + kf × w0 , ня (синусоїда, меандр, пилкоподібний сигнал) і dt його параметрах (значення постійних складових, де U(t) - залежність напруги на якорі двигуна частоти й амплітуди змінних складових). від часу; ЕОМ 34 - типовий персональний комп'ютер Ія(t) - залежність струму якоря двигуна від чакласу Pentium. ЕОМ пов'язана з ЦК 33 за допомосу; гою послідовного інтерфейсу, і служить для заRå - сумарний опір якірного кола; вдання режимів навантаження, візуалізації параLå - сумарна індуктивність якірного кола; метрів навантаження, формування протоколу за kф - магнітний потік двигуна; результатами випробувань. wm - амплітуда змінної складової швидкості; Установка дозволяє моделювати технологічні W - частота коливання швидкості; навантаження електродвигунів, що пройшли опеw0 - постійна складова швидкості. рацію середнього і капітального ремонту: - моделювання еквівалентного навантаження Струм якірного ланцюга: двигуна постійного струм у при швидкості, що є M + J × wm × W × cos W × t Iя (t ) = 0 близькою до постійної; kf - навантаження двигуна з постійною швидкісде Ія(t) - залежність струму якоря двигуна від тю, постійним по напрямку струмом і знакозмінним часу; моментом; М0 - момент неробочого ходу; - навантаження двигуна постійного струму з J - момент інерції ротору двигуна; циклічно змінюваною швидкістю і знакозмінним wm - амплітуда змінної складової швидкості; моментом; W - частота коливання швидкості; - навантаження синхронного двигуна при номіkф - магнітний потік двигуна. нальній швидкості, чи відмінній від номінальної; Ефективне значення струму якірного ланцюга: - навантаження асинхронного двигуна з фаз2 ним ротором при номінальній швидкості, чи відM0 + J × W × wm . Iяе = мінній від неї; kf - навантаження асинхронного двигуна з коротЯкщо ефективне значення струму якоря є закозамкненим ротором при номінальній швидкості, даним, то при відомому значенні змінної складової чи відмінній від неї; частота гармонійного впливу: - реалізація навантаження режиму, що моделюється, може здійснюватися для кожної машини I2 × kf 2 - M2 0 W = яз , окремо (наприклад, для двигуна постійного струJ × wm му; після закінчення режиму навантаження двигуде Іяз - задане значення струму якоря. на постійного струму - для асинхронного двигуна і Якщо постійна складова сигналу завдання від 9 71356 10 сутня, то значення w0=0, і двигун буде здійснювати kфн - номінальний магнітний потік. пускогальмові режими навколо середнього знаЗ другого рівняння можна визначити швидкість чення швидкості, рівного нулю. двигуна: Моделювання циклічного навантаження двигуна постійного струму. При складній тахограмі, I × k fн M wm (t ) = я × cos W × t - 0 × 2p + w0 . наприклад, трапеціїдальній, відомі значення струW J мів І1, І2, І3 на ділянці розгону, рівномірної швидкоПри w = wm значення W повинно дорівнювасті й уповільнення. Якщо параметри тахограми при ти: моделюванні незмінні, необхідно змінювати, при I × kfн моделюванні навантаження, діаграму напруги: W= я . постійну складову, а також періодичну знакозмінwm ну. Формування завдання швидкості вже розгляНапруга на виході перетворювача: далося раніше. Інтервали часу t1, t2 , t3 відповідаU(t ) = Iя × Rå + wm × cos W × t × kfн × sinW × t ють параметрам реальної тахограми. . M Струм якоря на першій ділянці тахограми: - 0 × 2p × sinW × t + kfн × w0 × sinW × t J 2 æ w ö Таким чином, для моделювання цього режиму ç M0 - J × m ÷ t1 ÷ 2 необхідно напругу дви гуна змінювати у функції I1 = ç + (Iяз1) ç ÷ kf частоти - W , а також з подвійною частотою - 2W . ç ÷ Моделювання навантаження при цьому здійсè ø нюється завданням напруги ТП 2 по наступній заНа другій ділянці тахограми: лежності: 2 w × kfн wm × kfн æM ö Ud2 = Iя × Rå + m + × sin2W × t . I2 = ç 0 ÷ + (Iяз2 )2 ç kf ÷ 2 2 è ø Режим постійного за величиною струмового На третій ділянці тахограми: навантаження можна одержати, таким самим чиwm ном, якщо змінювати е.р.с. відповідно до деякої М0 - J × t3 - t2 залежності, наприклад, гармонійної: 2 І3 = + (Iяз 3 ) . E(t ) = Em × sinW × t . kf Напругу на затисках двигуна в такому випадку При відомих параметрах тахограми і значень варто змінювати так: струмів І1 , І2 , І3 , визначаються змінні складові U(t ) = Em × sinW × t + Iя × Rå . струмів якоря на кожній з ділянок Іяз1, І яз2, Іяз3 . Цей режим навантаження відповідає реальноРежим здійснюється шляхом формування му технологічному навантаженню по двох парамее.р.с. машини за допомогою СКТЗ 29, збудника 15 трах: за еквівалентним якірним струмом і за умоі датчика напруги 20. За допомогою датчика напруги виділяється сигнал, пропорційний е.р.с. двигувами охолодження, що залежить від швидкості обертання якоря. на: Навантаження двигуна незмінним за величиE(t ) = U(t ) - I я × Rя . ною струмом. За допомогою ТЗ 15 формується магнітний поНавантаження двигуна незмінним за величитік, пропорційний е.р.с. двигуна. ною струмом здійснюється шляхом зміни струму Моделювання навантаження двигуна послідодвигуна 7 за допомогою збудника 15 і СКТЗ 29. вного збудження. Використовується один із ТП 1 або 2. За допомоЦей режим навантаження здійснюється з вигою блоку СКТЗ 29 формується режим, при якому користанням ТП 1 і 2. Обмотка збудження 25 вмиструм якірного ланцюга не міняється. При цьому кається в ланцюг обмотки якоря і ТП 1. У цьому струм збудження змінюється по гармонійному завипадку обмотка збудження 25 і дросель 26 викокону. Струм якоря за допомогою системи СКТЗ 29 нують функції зрівняльних дроселів. При моделюпідтримується на рівні струмового обмеження, а ванні навантаження спочатку струм перетворюванапруга перетворювача змінюється відповідно до ча 1 підтримується на рівні заданого І1 = І яз = Ів з за залежності (при працюючому ТП 2): допомогою постійного сигналу завдання, що надU(t ) = Iя × Rå + [w0 + wm (t )] × kf(t ) , ходить на СКТП28 і 30, встановлюється в контурі 1 2p перетворювачів заданий струм (струм через поwm (t ) = × ò (Iя × kf(t ) - M0 )dt , слідовну обмотку збудження), і тільки після цього J 0 включається вимикач 17. При цьому двигун 7 праkf(t ) = kfн × sinW × t , цює як двигун незалежного збудження. Струм обмеження перетворювача встановлюють на рівні де Ія - незмінний струм якоря двигуна; Ізз . Шляхом періодичної зміни сигналу на вході ТП wm(t) - залежність змінної складової швидкості від 2, що здійснюється за допомогою блоку 23, домагаються зниження Uг до величини, при якій через часу; kф(t) - залежність магнітного потоку двигуна від часу; якір двигуна 7 піде струм, рівний Ія , але в зворотному напрямку. Стр ум ТП 1 при цьому дорівнює: І1 = І я = Іяз , ТП 2: І2 = 2Ія = 2Іяз , струм якоря 11 71356 12 реходити з одного режиму в другий з частотою - W. Ія = -Іяз . Двигун 7 працює при цьому в режимі геПеретворювач 2 при цьому буде періодично перенераторного гальмування, ТП 2 працює в інвертоходити з інверторного режиму у випрямний, а двирному режимі, а ТП 1 - у випрямному. У наступний гун - періодично, з частотою - W, буде прискорювапроміжок часу е.р.с. ТП 2 збільшується. Струм тися або сповільнюватися. Швидкість двигуна при через ТП 2 стає рівним нулю, двигун переходить у цьому буде змінюватися убік збільшення і змендвигунний режим і розганяється при постійному шення навколо деякого середнього значення w0 . струмі якоря (і обмотки збудження). Таким чином, ТП1 і послідовна обмотка збудження обтікається Частота гармонійного (чи іншого) впливу при постійним за величиною струмом, двигун обтіканавантаженні синхронного двигуна береться поріється знакозмінним струмом, значення якого дорівнянної з власною частотою коливань ротора. внює діючому значенню струму збудження. ПереМоделювання навантаження асинхронного творювач 2, що працює у режимі випрямляча, двигуна з фазним ротором. навантажений пульсуючим струмом зі скважністю, Здійснюється при включених вимикачах 5, 12, рівною 0,5 і амплітудою в два рази більшою, ніж 13. У ланцюзі ротора двигуна 8, таким чином, виструм в обмотці збудження. являються включеними ТП 2 і ТП 1. При цьому Цей режим моделювання навантаження досявиходить так звана схема активного асинхронногається без додаткових джерел живлення обмотки вентильного каскаду (каскаду з керованою роторзбудження. ною групою). Кут випередження керування вентиМоделювання навантаження двигуна змішанолів перетворювача 2 має можливість змінюватися го збудження. від bmin » p / 4 , до bmax » p - b min . Якщо припустиМоделювання навантаження двигуна змішаноти, що швидкість двигуна дорівнює чи близька до го збудження здійснюється за схемою, аналогічпостійної, то значення е.р.с. на виході перетворюною схемі для двигуна послідовного збудження. вача 1, що працює у режимі інвертора: При формуванні навантаження вплив здійснюєтьEdu (t ) = Eum × cos b(t ) , ся з боку тиристорного збудника 15, сигнал на виході містить постійну складову, рівну 0,6 ¸ 0,7 ноде Eum = 135Ud - амплітуда е.р.с. інвертора, , мінального значення струму збудження, і що змінюється за рахунок зміни кута випереджензнакозмінну, рівну ±0,2 ¸ 0,3Ізн . ТП 1 і 2 працюють ня b(t); Ud - напруга у колі постійного струму. наступним чином: при збільшенні струму двигуна Якщо випрямлену напругу змінювати відповідТП 1 працює в режимі випрямляча, а ТП 2 - у рено до залежності: жимі інвертора. Моделювання навантаження синхронного двиUd (t ) = Edu (t ) - Id × Rå , гуна. то випрямлений струм між ТП 1 і ТП 2 буде При включених вимикачах 5 і 11 синхронний безперервним і незмінним у часі. Якщо кут керудвигун 9 розганяється до заданої швидкості. При вання ТП 2 змінювати від p / 2 убік зменшення , цьому система ТП 1 - ТП 2 - СД 9 утворить вклюякий, працюючи в інверторному режимі, буде почення синхронного двигуна за схемою вентильного вертати її в мережу. двигуна. Запуск СД здійснюється в два етапи: на Якщо кут керування ТП 2 рівний p / 2 , то двипершому етапі двигун розганяється до 5¸10% сингун 8 обертаючого моменту не створює, тому що хронної швидкості методом переривання струму струм ротора відстає від е.р.с. ротора на p / 2 . за допомогою ТП 1, що працює у режимі випрямЯкщо кут керування a 2 = p / 2 , то енергія від ТП 2 ляча, на другому етапі, шля хом зміни е.р.с. ТП 1 до номінальної, розганяють синхронний двигун 9 буде надходити до ротора. Двигун переводиться до необхідної швидкості. При швидкості вище при цьому в гальмівний режим. У статорний лан(5¸10)% номінальної комутація вентилів перетвоцюг двигуна 8 надходить енергія від ТП 2, а також рювача 2 здійснюється за рахунок е.р.с. двигуна. перетворена в електричну енергію кінетична енерВентилі ТП 2 при цьому синхронізуються за допогія обертових мас (ротора двигуна). могою напруги на низьковольтних обмотках Вентилі ТП 2 синхронізуються з частотою трансформатора 4 (за допомогою напруги, що е.р.с., що наводиться в роторі. Так само як і при наводиться в обмотках статора двигуна). навантаженні синхронного двигуна, зміною е.р.с. При досягненні розрахункової швидкості двиТП 2 і ТП 1 домагаються такого режиму, при якому гуном 9, змінюються кути випередження ТП 2 до випрямлений струм між ними отримає незмінну величину. Реалізація такої системи може бути величини, близької до 2p 3 , а ТП 1 - до p 3 . Таким здійснена наступним шляхом: за допомогою датчином, кути керування перетворювачів змінюються чиків 19, 20 і регуляторів струму і напруги, що вховідповідно до залежностей: дять у структур у блоку СКТП 30, реалізується сис2p тема підлеглого регулюванні параметрів a2 = - D a × sin W × t , асинхронного двигуна з впливом на роторний ви3 прямляч. Постійна складова сигналу надходить на p a 1 = - Da × sin W × t . ТП 2 та визначає постійний рівень його вихідної 3 напруги, а змінна складова визначає змінну складе Da - змінна складова кута завдання передову цієї напруги. Як і у випадку навантаження творювачів; синхронного двигуна, при навантаженні асинхронW - кутова частота сигналу завдання. ного двигуна з фазним ротором синхронізація сисПри Da > p / 6 - перетворювачі 1 і 2 будуть петем керування ТП 2 здійснюється напругою ротора 13 71356 14 асинхронного двигуна. Напруга ротора двигуна b 20 - постійна складова завдання кута випереможе відрізнятися від номінальної напруги вториндження ТП; ної обмотки трансформатора 4. Необхідні умови Db 2 - змінна складова завдання кута випередля синхронізації досягаються підбором параметдження ТП 2; рів фільтра змінної частоти блоку СКТП 30. W - кутова частота сигналу завдання. Навантаження асинхронного двигуна 8 може Двигун при цьому переходить періодично з руздійснюватися при різних ковзаннях (при s>0,1, хового режиму в гальмівний. Величина випрямлепри перетворювача, s=1,0 при s1,0. Ковзання ідеального неробочого ходу Оптимальним з погляду електроспоживання з при цьому буде дорівнювати: мережі можна назвати режим навантаження асинU × cos a 10 хронного двигуна з фазним ротором. Оптимальs = dm1 . Udm2 × cos b 20 ність полягає в тому, що з мережі споживається реактивна потужність, рівна потужності намагнічуде Udm1 , Udm 2 - амплітуди лінійних напруг певання асинхронного двигуна і реактивна потужретворювачів з боків змінного струму; ність ТП 2, що при постійному випрямленому a 10 - постійна складова завдання кута керуструмі, залишається практично незмінною. Активвання ТП 1. на ж потужність циркулює між випрямильноb 20 - постійна складова завдання кута випереінверторним агрегатом і двигуном, не потрапляюдження ТП 2; чи при цьому в мережу. Це є позитивним чинниНавантажувати двигун 8 так само дозволяє ком, тому що з мережі споживається тільки потужзміна кута випередження ТП 2 по залежності: ність втрат. b 2 (t ) = b 20 + D b2 × sinW × t . Реактивна потужність у мережі змінного стру 15 71356 16 му, в разі потреби, може бути скомпенсована синструм у ланцюзі якоря двигуна 7 стане знакозмінхронною машиною. У цьому випадку навантаженним. Якщо струм збудження двигуна 7 зростає, то ня двигуна 8 здійснюється відповідно до завдання, струм I2 має постійне значення і двигун 9 працює а поліпшення енергетичних показників здійснюєтьв режимі двигуна. Генераторний режим двигуна 7 ся за допомогою синхронної машини 9, що виконує відповідає двигунному режиму двигуна 9, генерадопоміжну функцію. торний режим двигуна 9 відповідає двигунному Моделювання навантаження СД і машини порежиму двигуна 7. Стр ум I2 - стр ум, що протікає стійного струму. через інвертор 2, і, відповідно, через обмотки стаПри цьому включені ТП 1, ТП 2, включений тора синхронного двигуна. Стр ум статорних обмовимикач 17 у ланцюзі машини постійного струму 7. При цьому можливі два варіанти навантаження. У ток пропорційний струму I2 , а його частота зв'язапершому випадку навантажується у процесі вина з частотою w ¶ . пробувань синхронна машина (переважно великої У випадку, якщо моделюється навантаження потужності), а двигун постійного струму виконує двигуна постійного струму, то регулювання його допоміжну роль компенсатора поштовхів потужнопотоку здійснюється на підтримку стр уму якоря на сті, що споживається з мережі. В другому випадку постійному рівні. моделюється навантаження двигуна постійного За допомогою періодичного сигналу здійснюструму, а синхронний двигун виконує згадану доється зміна напруг перетворювачів 1 і 2 за велипоміжну роль. чиною і знаком. Якщо ТП 1 працює у режимі виНавантаження синхронного двигуна великої прямляча, то двигуни 7 і 9 розганяються. При потужності. При цьому кути керування ТП 2 змінюються зменшенні напруги U1 , е.р.с. двигуна 7 виявляєтьтаким чином, що струм I2 підтримується на рівні ся більшим від цієї напруги, при цьому ТП 1 запирається. Так як напруга ТП 2 також зменшується, заданого значення. Струм перетворювача відповіто струм якоря двигуна 7 буде замикатися через дає такій величині, при якій потужність, споживана ТП 2, унаслідок чого двигун 9 буде як і раніше приним, дорівнює потужності втрат. Стр ум якоря двискорюватися. Струм у ланцюзі якоря буде при гуна дорівнює різниці: цьому дорівнює заданому. Цей процес буде відбуІя = І2 - І1 , ватися до того моменту, поки не стане дотримуваІ2 - стр ум перетворювача ТП 2; тися умова U2 » E2 = 0 , це буде відповідати рівноІ1 - стр ум перетворювача ТП 1. сті нулю потоку двигуна 7. При реверсі потоку Процеси, що відбуваються при цьому, харакуповільнення двигуна 9 буде викликати збільшентеризуються наступним. Якщо СД 9 працює в двиня швидкості двигуна 7. Це буде відбуватися до гунному режимі і прискорюється, то двигун 7 спопереходу ТП 1 у режим випрямляча. Це відбудетьвільнюється, працюючи в режимі генераторного ся при раніше приведеній умові. Струм у якірному гальмування; якщо ж СД 9 працює як генератор ланцюзі змінить напрямок, обидва двигуни 7 і 9 через трансформатор, то двигун 7 працює в двипочнуть прискорюватися. Надалі процес почне гунному режимі і прискорюється, споживаючи поповторюватися. тужність від синхронної машини. ТП 1 при цьому При навантаженні двигунів великої потужності повинний працювати в режимі інвертора, унаслінегативна сторона процесу навантаження пов'язадок чого потужність синхронного двигуна частково на з поштовхами потужності в мережі живлення. З повертається в мережу. Це є, безсумнівно, негатиметою локалізації цього явища в установці передвним явищем. Тому доцільно струм І1 підтримувабачений датчик активної потужності 24 і нелінійний ти на рівні І1 = 0 , якщо двигун 9 працює в режимі блок (НБ) типу «підсилювач із зоною нечутливості», програмно реалізований у блоці СКТЗ 29. Дія генераторного гальмування. цих блоків виявляється в наступному: якщо з меУ розглянутих режимах двигун 7 працює як нарежі при навантаженні споживається неприпустикопичувач енергії, що періодично запасає енергію ма потужність, то на виході НБ з'явиться цифровий при розгоні двигуна й віддає свою енергію при гакод додатного сигналу, у результаті чого стр ум льмуванні до інвертора синхронної машини. Таким збудження двигуна 7 збільшиться, його е.р.с. зросчином, енергообмінні процеси протікають між синте, струм через Т 1 зменшиться, а через ТП 2 хронним двигуном і двигуном постійного струму, збільшиться. У випадку, якщо в мережу генеруєтьчим досягається зниження в кілька разів повної ся неприпустима потужність (ТП 1 працює в інверпотужності, споживаної пристроєм для навантаторному режимі), то сигнал на вході НБ буде від'єження з мережі. мним, при цьому е.р.с. двигуна 7 буде Навантаження здійснюється в такій послідовзменшуватися, стр ум через ТП 1 буде зменшуваності. За допомогою ТП 1 розганяють двигуни 7 і 9 тися, а через ТП 2 - збільшуватись до заданого при постійному струмі збудження двигуна 7 і порівня. стійному куті випередження керування перетворювача 2, що працює в інверторному режимі. Необхідний режим навантаження настає тоді, коли 17 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 71356 Підписне 18 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601