WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Недостатком теории «мгновенной мощности» является непосредственное использование переменных в операции вычисления токов задания. Это приводит к низкой помехоустойчивости этой системы управления, так как при прохождении случайного импульса по каналу получения информации о напряжении сети будет неправильно рассчитан ток задания компенсатора. Это может привести к колебательному переходному процессу выходного тока и напряжения компенсатора, так как преобразователь компенсатора является нелинейной импульсной системой.

В результате проведённого анализа было сделано предпочтение использованию метода управления в синхронной системе координат. Метод основан на прямом и обратном преобразовании Парка-Горева. Прямое преобразование (4) заключается в нахождении проекций обобщенного вектора тока или напряжения на оси ортогональной системы координат, вращающейся синхронно с вектором напряжения сети:

(4)

где - значение угла поворота вращающейся системы координат с частотой.

Переменные составляющие проекций и (, ) соответствуют высшим гармоническим составляющим и обратной последовательности токов. Для выделения постоянных составляющих, несущих информацию об активной и реактивной мощности, применяются фильтры низких частот (ФНЧ), как в методе «мгновенной мощности».

Обратное преобразование Парка-Горева осуществляется по формуле:

(5)

Таким образом, если к трехфазной системе тока сначала применить прямое преобразование Кларка, а затем прямое преобразование Парка-Горева, то постоянные составляющие проекций на оси соответствуют составляющим тока синхронной частоты. На рис.4 представлена блок-схема метода генерации задающего сигнала, используя преобразование Парка-Горева.

Рис.4. Блок-схема системы вычисления тока задания компенсатора с использованием преобразования Парка-Горева.

Регулятор активной и реактивной составляющей тока вычисляет значения токов задания компенсатора в синхронной системе координат. Далее вычисляются токи задания компенсатора в стационарной двухфазной системе координат.

Преимуществом данного метода по сравнению с теорией «мгновенной мощности» является возможность оперирования непосредственно активными и реактивными составляющими тока и напряжения, а не некими мгновенными мощностями. Преимуществом метода является также использование эталонных сигналов при вычислении токов задания компенсатора, а также наличием фильтров низких частот, которые значительно ослабляют возможные импульсные помехи в канале измерения токов. Недостатком этого метода является необходимость синхронизации с напряжением сети эталонных единичных сигналов ( и ). Для синхронизации может использоваться система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Так как в синхронизируемом напряжении сети могут присутствовать высшие гармоники, то пересечение нуля кривой напряжения может не совпадать с нулевой фазой основной гармоники напряжения сети. Система ФАПЧ обеспечивает высокую точность при несинусоидальности напряжения сети, так она является следящей системой, частота настройки которой определяется частотой управляющего сигнала, а сигналом рассогласования является разность фаз управляющего сигнала и сигнала обратной связи.

В настоящее время в основном используются два метода регулирования тока компенсаторов, выполненных на базе преобразователя напряжения. Первый метод заключается в регулировании тока компенсатора посредством вычисления напряжения преобразователя с использованием пропорционально-интегрального регулирования. Второй метод заключается в непосредственном управлении токами в фазах преобразователя по их отклонению от значения тока задания компенсатора. Динамические характеристики модулятора с вычислением напряжения преобразователя ограничены постоянной времени пропорционально-интегрального регулятора канала вычисления. Этот недостаток может привести к перегрузке компенсатора в динамических режимах работы или привести к разрядке накопителя, поэтому в управлении был использован метод непосредственной модуляции тока, без вычисления напряжения преобразователя, не имеющий этого недостатка. Существует различные виды этого вида модуляции: релейная (гистерезисная), модуляция методом одношагового прогноза и другие. При этом преобразователь напряжения с фильтрующими дросселями на стороне переменного тока имеет свойства инвертора тока, а не напряжения, что обуславливает хорошие динамические характеристики. Управление было реализовано по методу одношагового прогноза заключающегося в расчёте на каждом такте модуляции среднего значения напряжения преобразователя, при котором ток в конце такта модуляции становится равным заданному значению. Управление фазными токами компенсатора осуществляется посредством формирования напряжения, поэтому ток в фазах является вторичным, т.е. формируется с задержкой как интеграл от разницы мгновенных значений напряжений компенсатора и сети:

(6)

где - ток компенсатора,, - фазное напряжение сети и компенсатора, L – индуктивность дросселя, включенного между этими источниками ЭДС.

Напряжение преобразователя вычисляется в начале каждого такта модуляции с целью обеспечения равенства среднего значения генерируемого тока и тока задания. За один такт модуляции ток в дросселе компенсатора увеличится на величину, равную:

(7)

где - период модуляции, - среднее значение напряжения сети за период модуляции, - среднее значение фазного напряжения компенсатора, равное перемножению напряжения на накопителе на коэффициент заполнения на такте модуляции.

Сигналы управления полупроводниковыми ключами преобразователя вычисляются с использованием теории векторной модуляции, то есть модуляция пространственного вектора напряжения преобразователя. Важным преимуществом этого метода модуляции является более высокое значение коэффициента в линейном диапазоне модуляции (0,578). При этом напряжение на накопительном конденсаторе может быть на 15% меньше напряжения при использовании метода модуляции на основе сравнения с несущей. Метод векторной модуляции используется, когда необходимо управлять обобщёнными векторами тока и напряжения компенсатора.

В четвёртой главе проведён анализ совместной работы ПРУ и АД с целью определения необходимых электроэнергетических параметров ПРУ, рассчитанного на запуск конкретного двигателя. Расчет проведён с использованием пространственных векторов переменных электрической машины. Математическое моделирование динамических режимов работы двигателя осуществлялось в программе Simulink программного комплекса Matlab.

Полученные схемы замещения ОЭМ, справедливы только в установившихся режимах работы двигателя. Однако, если пуск двигателя происходит в условиях, когда в токах статора и ротора свободные составляющие (уравнительные токи) незначительны, для расчёта может быть применена эта схема замещения. Проверка точности расчётов осуществлялась с использованием математических моделей двигателя, более точно описывающей динамические режимы работы двигателя (учитывающих перекрёстные связи, обусловленные наличием ЭДС вращения ротора).

При увеличении сопротивления сети питания двигателя уменьшается напряжение на двигателе в процессе пуска. Компенсация реактивной мощности позволяет уменьшить ток, потребляемый из сети в процессе пуска и повысить напряжение и пусковой момент двигателя. На рис.5 приведены полученные зависимости начального пускового момента двигателя типа 4АН250М4, мощностью 110кВ, при пуске от сети ограниченной мощности, в зависимости величины полного сопротивления сети (Zc). Графики приведены в относительных единицах, за базовое значение момента принято номинальное значение момента двигателя. За базовое значение сопротивления сети приято значение полного сопротивления двигателя в номинальном режиме работы, сопротивление сети имеет активно-индуктивный характер, причём активное сопротивление равно индуктивному. Номинальное значение начального пускового момента (при номинальном напряжении питания) равно 0,3 ед. При полной компенсации реактивной мощности двигателя график момента обозначен как. График момента двигателя при частичной компенсации реактивной мощности двигателя обозначен. При этом перегрузка по току ПРУ составляет 4, с учётом того, что номинальная установленная мощность ПРУ равна реактивной мощности двигателя в номинальном режиме работы. На рис.5 приведён график момента двигателя без компенсации реактивной мощности ().

Рис.5. Зависимость пускового момента двигателя от сопротивления сети при компенсации реактивной мощности

На рис.6 показаны зависимости мощности ПРУ от сопротивления сети. Эти данные позволяют рассчитать необходимую мощность ПРУ в зависимости от мощности двигателя и требуемого значения пускового момента двигателя. За базовое значение мощности принята полная мощность двигателя в номинальном режиме работы.

Рис.6. Зависимость напряжения на двигателе и мощности ПРУ от сопротивления сети

а) напряжение на двигателе; б) мощность ПРУ;

в) отношение мощности ПРУ в режиме пуска () к реактивной мощности двигателя в номинальном режиме работы ().

Отношение мощности ПРУ в режиме пуска к реактивной мощности двигателя в номинальном режиме работы показывает расчётную перегрузку ПРУ в режиме пуска, с учётом того, что установленная мощность ПРУ равна реактивной мощности двигателя в номинальном режиме работы.

На рис.7 приведены данные расчёта энергии затрачиваемой ПРУ за время пуска (Е) в зависимости от электромагнитного момента двигателя (М), который ПРУ регулирует на заданном постоянном уровне и сопротивления сети (Zc) в относительных единицах. При помощи этих данных можно определить какую энергию затрачивает ПРУ на запуск двигателя с заданным значением пускового момента (М) при определённом сопротивлении сети (Zc). За базовое значение энергии принята величина энергии, потребляемая двигателем в номинальном режиме работы за одну секунду.

Рис.7. Энергия затрачиваемая ПРУ за время пуска

В пятой главе приведено описание математического моделирования ПРУ и АД, которое проводилось с целью подтверждения теоретического анализа и методик проектирования ПРУ. При этом был проведен анализ и выбран наиболее перспективный программный комплекс моделирования Simulink. Программа Simulink позволяет моделировать смешанные аналого-цифровые системы. В библиотеке пакета имеются элементы силовой электроники: тиристоры, IGBT-транзисторы и т.п. Математическая модель ПРУ и двигателя в программе Simulink содержит компенсатор мощности ПРУ, двигатель и сеть электроснабжения ограниченной мощности, представленную в виде источника напряжения и активно-индуктивного сопротивления. На рис.8 показаны графики моделирования пуска двигателя типа 4АН250М4, номинальной мощностью 110кВт, с использованием ПРУ. На рис.8, а) показаны токи двигателя, которые увеличиваются в момент включения ПРУ благодаря увеличению напряжения питания двигателя (рис.8, г). Напряжение на двигателе увеличивается из-за компенсации реактивной мощности двигателя пуско-регулирующим устройством. На рис.8, б) показаны токи ПРУ, равные реактивным составляющим токов двигателя, на рис.8, в) показаны токи сети, равные активным составляющим токов двигателя. Среднее значение тока сети в процессе пуска составляет 170А (действующее значение), что примерно равно току двигателя в номинальном режиме работы. Время пуска составляет 2,2 с. В момент времени 2,5 с. на вал двигателя подаётся номинальный момент нагрузки, при этом ПРУ продолжает компенсацию реактивной мощности двигателя.

Рис.8 Графики тока и напряжения моделирования пуска двигателя типа 4АН250М4

а) токи двигателя, б) токи ПРУ, в) токи сети, г) напряжение питания двигателя.

Результаты проведённого моделирования подтверждают верность выведенных расчётных соотношений для определения электроэнергетических параметров ПРУ.

Были сделаны следующие выводы: без использования ПРУ значение пускового тока двигателя, потребляемого из сети в два раза больше номинального значения тока двигателя, а пусковой момент меньше в четыре раза номинального пускового момента двигателя. При использовании ПРУ ток сети в процессе пуска не превышает номинальный ток двигателя, а пусковой момент увеличивается в два раза, а время пуска уменьшается в два раза. В установившемся режиме работы двигателя ПРУ компенсирует реактивную мощность двигателя. Например, для двигателя типа 4АН250М4 мощность потребляемая из сети уменьшается с 128кВА до 115кВА, то есть потребляется на 10% меньше, чем достигается эффект энергосбережения.

В шестой главе описана разработанная методика расчёта и выбора силовых компонентов ПРУ. Для расчёта и выбора параметров силовых компонентов ПРУ необходимо определить требования к его энергетическим характеристикам. Энергетические характеристики ПРУ определяются следующими параметрами: напряжение сети, к которой подключается ПРУ; параметры пускаемого двигателя; требуемая величина пускового момента двигателя; требуемое время пуска (если необходимо); допустимый коэффициент гармонических искажений напряжения и тока в точке подключения ПРУ; сопротивление питающей сети.

Эти данные позволяют определить следующие основные энергетические характеристики ПРУ: величина тока компенсатора в статическом и пусковом режимах работы; величина энергии, расходуемая за время пуска двигателя.

Результатом расчёта являются следующие параметры силовых элементов компенсатора ПРУ:

1) параметры силовых полупроводниковых ключевых элементов: тип ключевых элементов, класс напряжения и тока, частота коммутации; величина тепловых потерь в ключевых элементах в пусковом и статическом режимах работы и параметры системы охлаждения ключа; температура кристалла ключевого элемента в пусковом и статическом режимах работы.

2) параметры накопителя электроэнергии на стороне постоянного тока компенсатора: тип накопителя; максимальное и номинальное рабочее напряжение; энергоёмкость; величина пульсаций напряжения на накопителе.

3) параметры дросселей фильтров на стороне переменного тока компенсатора: индуктивность; величина падения напряжения на дросселе основной и модуляционной гармоник в пусковом и статическом режимах работы; потери мощности в дросселе.

Рабочее значение тока полупроводниковых элементов, частота коммутации, напряжение на стороне постоянного тока преобразователя и другие параметры компенсатора являются взаимозависимыми, что приводит к необходимости использования итерационного метода расчёта. Ток ключевого элемента компенсатора имеет импульсный характер, при этом значительную величину составляет отношение максимального пикового значения тока к его среднему значению. Поэтому расчёт мощности потерь проводился при помощи математического моделирования, учитывающего реальное значение тока ключевого элемента, позволяющего более точно определить величину тепловых потерь в ключевых элементах компенсатора ПРУ.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»