Асинхронный электропривод серии РБД на базе бесконтактного регулируемого электродвигателя «двойного питания»
Обновлено: 20.05.2024
Частотное управление асинхронным двигателем с короткозамкну-тым ротором (АДКЗ) является общепризнанным экономичным способом плавного регулирования скорости в широких пределах. Вместе с тем открытым остается вопрос о возможности использования этого способа для управления асинхронным двигателем с фазным ротором. Применение данного типа двигателя позволяет осуществлять питание машины и со стороны статора и со стороны ротора. Подключение обмоток статора и ротора к отдельным преобразователям частоты (ПЧ) позволяет осуществить управление четырьмя переменными, что дает возможность управлять энергетическим режимом работы двигателя. Анализ работ и публикаций 1 показал перспективность такого способа управления. При этом асинхронный двигатель в сочетании с преобразователями частоты в режиме векторного управления подобен двигателю постоянного тока с независимым возбуждением с присущими ему хорошими регулировочными и пусковыми характеристиками [1].
Данный электропривод, в отличие от машины двойного питания (МДП) с ПЧ в роторной цепи и подключением статора к сети имеет возможность регулировать магнитный поток двигателя в воздушном зазоре. Регулирование магнитного потока позволяет оптимизировать энергетические характеристики двигателя, а также обеспечивает двухзонное регулирование скорости вращения. Поскольку машина двойного питания может работать на скорости вращения до двойной синхронной без снижения магнитного потока, то осуществление двухзонного регулирования позволяет получить широкий диапазон изменения скорости. Это актуально, в частности, для электроприводов намоточно-размоточного оборудования, где тре-
буемая максимальная скорость может достигать 4-кратной номинальной, а момент снижается обратно пропорционально угловой скорости намотки. Регулирование скорости в таких диапазонах в электроприводах по схеме ПЧ-АДКЗ ограничено вследствие снижения критического момента двигателя обратно пропорционально квадрату частоты вращения.
Рассмотрим возможность построения системы управления электроприводом с двумя ПЧ обеспечивающей минимизацию потерь активной мощности. Поскольку требования к динамике у механизмов намоточно-размоточных устройств невелики будем рассматривать режим работы с регулированием магнитного потока в функции скорости и нагрузки на валу.
Управление машиной будем осуществлять в системе координат х-у с ориентацией оси х по вектору потокосцепления в зазоре ¥т. Поддержание заданного значения потокосцепления в зазоре позволяет повысить перегрузочную способность двигателя при работе на высоких частотах.
Систему управления электроприводом будем строить с использованием следующего подхода:
- определим требуемое соотношение между амплитудами и частотами токов статора и ротора из условия минимизации потерь при =сотР,
- определим структуру системы управления с учетом компенсации перекрестных связей;
- для полученной системы управления определим оптимальное по-
токосцепление в зазоре ¥т опт в зависимости от скорости и момента на валу.
Расчет требуемого соотношения между амплитудами и частотами токов статора и ротора из условия минимизации потерь при ¥т =сот(
Рассмотрим минимизацию потерь в меди и стали. Для МДП справедливы следующие соотношения [4]:
ЛРм = 3/12п + 3 (12)2 ;
ЛРст = ¥ 2ткс (юв + юв),
где ЛРм - потери в меди статора и ротора; ЛРст - потери в стали статора и ротора; кс - постоянный коэффициент, характеризующий удельный вес потерь в стали статора и ротора; ю1 - частота вращения электромагнитного поля статора; ю2 - частота вращения электромагнитного поля ротора; в = 1,3. 1,5.
Минимизируем потери в меди при заданном моменте нагрузки. Намагничивающие составляющие токов статора и ротора /1х, С2х вычисляются
в зависимости от тока намагничивания 1т исходя из условий —-—— = 0,
1тг22 . Г1 + г2 ' 1тг1
Моментообразующие составляющие токов статора и ротора ¡1у, ¡'2у
Минимизируем потери в стали при заданной частоте вращения. При встречном вращении полей требуемую скорость вращения ротора ю можно получить при меньших значениях ю1 и ю2, т.е при меньших потерях. При
д(АРст ) = 0 д(АРст )
этом, решая уравнения
Построение системы управления
Регулирование магнитного потока связано с изменением взаимной индуктивности. Следовательно, будем рассматривать математическую модель асинхронного двигателя с учетом насыщения магнитной цепи двигателя по пути главного магнитного потока. Уравнения в системе координат х-у, ориентированной по потокосцеплению в зазоре можно записать в виде:
и1х = г111х + -¡;11х + ^ т - у;
и1 у = г111у + Ls1 —¡^1у + Ю1^111х + т; и2х = г2г2х + ^2 й[/2х + Ж ^т - ю2^2г2у;
и2 у = г2^2 у + ^ 2 Ж/2 у + Ю2 ^ 2г2 х + т; ^ т = / (1т ) = / (*1х + *2 х ),
где и1у - напряжение статора по оси у; и1х - напряжение статора по оси х; и'2у - приведенное напряжение ротора по оси у; и'2х - приведенное напря-
жение ротора по оси х; Ls\ - индуктивность рассеяния статора; L rs2 - приведенная индуктивность рассеяния ротора.
Управление машиной двойного питания может осуществляться по 4 переменным. Выберем в качестве регулируемых переменных намагничивающие токи статора и ротора i\x, i9^ моментообразующий ток ротора i'2y и частоту вращения поля статора со\. На рис. 1 изображена структура системы управления электроприводом. Напряжения щхъ и'ьсь и\ук подаются на входы блоков компенсации перекрестных связей и формируются на выходе соответствующих ПИ-регуляторов токов, напряжение ыЛук рассчитывается в зависимости от заданных частоты coi и сигнала обратной связи i'2y.
Частота вращения поля статора coi задается в зависимости от требуемого режима работы. В двигательном режиме поддерживается встречное вращение полей статора и ротора cüj =-со2 = со/2 ? при этом активная мощность потребляется как статорной, так и роторной цепью. В генераторном режиме coi устанавливается равной 5. 10 Гц, вращение полей - согласное, при этом рекуперация энергии осуществляется только через роторную цепь.
Рис. 1. Структура системы управления МДП в системе координат х-у
Расчет оптимального потокосцепления опт
Рассчитаем оптимальное потокосцепление в зависимости от скорости и момента нагрузки, исходя из минимума потерь. Электромагнитные потери имеют вид
где К-кс \ (со!Р + ю2р).
Квадрат тока намагничивания нелинейно зависит от потокосцепле-
ния 11и =/(Ч//;/). Данную зависимость представим тремя функциями:
/7/; = ~ на линейном участке кривой намагничивания,
1т - + т +а4 ~ на нелинейном участке, и х¥т =х¥т нас- на участке насыщения. Такая аппроксимация позволит аналитически определить
выражение оптимального потокосцепления. Решив уравнение ^ = О,
определим х¥т опт на трех участках: - линейный участок
\A + K] + ^[A + Kf +ВМ2
участок насыщения Ч?т опт = Ч7. нас, ^У2а3 . о _ ЩГ2а2 . ^-Щг2а2
В случае, когда частота вращения поля статора или ротора превышает синхронную скорость со0, заданное значение оптимального потокосцепления должно корректироваться с целью ограничения напряжений статора или ротора. Максимальное потокосцепление при этом определяется в зависимости от заданного момента и частот вращения полей. В области малых нагрузок потокосцепление ограничивается по минимальному значению мин «0,2^ ном для того чтобы в режимах холостого хода не происходило полного размагничивания магнитопровода двигателя.
Для изучения и анализа процессов, происходящих в системе электропривода, была построена математическая модель в программном продукте Simulink MatLab. На рис. 2 показаны характеристики отношения длительно допустимого момента и скорости при двухзонном регулировании исследуемого двигателя. Зона регулирования с постоянным моментом при двойном питании увеличивается в два раза. Зона постоянства мощности обеспечивается в требуемом диапазоне регулирования скорости вверх
от двойной синхронной и теоретически не ограничена. Регулирование с постоянной мощностью того же двигателя с ротором замкнутым накоротко ограничивается двойной синхронной скоростью вследствие снижения критического момента обратно пропорционально квадрату частоты вращения.
о Л \ \ \ V \ \\ чМДП
0 0.5 1 1 5 ; 2.5 3.5 4
Рис.2. Характеристики отношения момента и скорости при двухзонном регулировании
На рис. 3 показаны зависимости КПД от полезной мощности на валу Р2 для двигателя 4АНК280М8УЗ, полученные в результате моделирования. Электромагнитные потери данного двигателя с фазным ротором при работе под номинальной нагрузкой в режиме машины двойного питания снижаются на 16 %, по сравнению с потерями того же двигателя с ротором замкнутым накоротко. Более высокие значения КПД можно получить при работе со скоростью, превышающей номинальную. Это объясняется увеличением полезной мощности на валу за счет повышения скорости вращения, а не момента. При этом возрастают потери в стали, величина которых меньше потерь в меди, зависящих от момента.
Рис. 3. Зависимости г/ = /(Р2) для двигателя 4АНК280М8УЗ: - АДКЗ (»=(»„; -Ф- - МДП (о=(о0, Ч*т = Ч*т ном ;
-в--МДП (0=0)0, Ут = опт /
- МДП (0=2(0о, Ч*т = 4>т ном ; -а- - МДП (0=2(оо, Ч*т = 4>т опт.
1. Рассмотренный электропривод на базе МДП с преобразователями частоты в цепях статора и ротора позволяет значительно повысить допустимый момент двигателя при двухзонном регулировании скорости.
2. Применение данного электропривода целесообразно в механизмах, требующих широкого диапазона регулирования скорости во второй зоне с сохранением постоянства мощности.
3. С целью уменьшения потерь энергии отношение намагничивающих токов статора и ротора должно быть обратно пропорционально активному сопротивлению обмоток, а частоты вращения электромагнитных полей статора и ротора должны поддерживаться равными.
4. Наибольшие значения КПД электропривод достигает при работе со скоростью, превышающей номинальную.
1. Асинхронизированный вентильный двигатель с поддержанием неизменного результирующего магнитного потока / И.П.Копылов [и др.] // Электротехника. 2000. №8. С. 59-62.
2. Асинхронизированный вентильный двигатель с ортогональным управлением потока / И.П.Копылов [и др.]//Электротехника. 2002. №9. С. 2-5.
3. Тутаев Г.М. Варианты векторного управления электроприводом с асинхронизированным вентильным двигателем //Электротехнические комплексы и системы управления. 2009. №3. С. 11-15.
4. Поляков В.Н., Шрейнер Р.Т. Экстремальное управление электрическими двигателями; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. Р.Т.Шрейнера. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. 420 с.
V. Meshheryakov, D. Bezdenezhny'h
Electric drive based on double-inverter-fed induction machine with minimization of electric energy losses
Key words: asynchronous engine, frequency converter, two-region regulation, double-inverter-fed induction machine.
В редукторных шахтных подъемных машинах (ШПМ) с приводными электродвигателями мощностью до 1250 кВт традиционно применяются высоковольтные асинхронные электродвигатели с фазным ротором (АДФР). Для частотного регулирования момента и скорости АДФР в шахтных подъемных машинах ЗАО «ЭРАСИБ» разработало и применяет роторный рекуперативный транзисторный преобразователь частоты типа «ЭРАТОН-ФР». Реверс направления вращения вала в электроприводе с приводными АДФР и роторными ПЧ типа «ЭРАТОН-ФР» выполняется за счет реверса фаз напряжения статора АД ФР с помощью контакторного реверсора.
Высоковольтный асинхронный электродвигатель с фазным ротором (АД ФР) при питании обмотки статора от сети 6 кВ 50 Гц и включении в цепь ротора рекуперативного транзисторного преобразователя частоты (ПЧ) типа «ЭРАТОН-ФР» представляет собой управляемую машину двойного питания (УМДП), которая обеспечивает частотное регулирование скорости вала от нуля до 95% синхронной скорости с постоянным моментом без датчика положения вала. Частотное регулирование скорости АД ФР преобразователем «ЭРАТОН-ФР» в указанном диапазоне осуществляется с высоким КПД (97%), высоким коэффициентом мощности (0,95 - 1,0) при синусоидальной форме тока в питающей сети. Электропривод с АДФР и «ПЧ ЭРАТОН-ФР» обеспечивает высокое быстродействие регулирования момента и скорости вала в двигательном и тормозном режимах за счет обеспечения большой перегрузочной способности по моменту двигателя (до 200% к номинальному). Торможение электропривода ШПМ с роторным преобразователем «ЭРАТОН-ФР» осуществляется с рекуперацией энергии вращающихся масс в питающую сеть. Перечисленные достоинства управляемой машины двойного питания с АДФР и роторным ПЧ «ЭРАТОН-ФР» обеспечили широкое применение данного электропривода при модернизации шахтных подъемных машин для замены устаревших систем с пусковой роторной резисторно-контакторной станцией и станцией динамического торможения. В период в 2009 до 2017 г.г. ЗАО «ЭРАСИБ» поставило роторные преобразователи частоты «ЭРАТОН-ФР» на 8 (восемь) ШПМ с одно- и двухдвигательными электроприводами мощностью от 630 до 1000 кВт, которые показали высокую надежность, энергоэффективность и позволили существенно повысить производительность ШПМ.
Основным достоинством частотно-регулируемого электропривода УМДП с приводными асинхронными электродвигателями с фазным ротором и рекуперативными транзисторными преобразователями «ЭРАТОН-ФР» в роторе является высокая точность управления моментом электродвигателя в двигательном и генераторном режимах на нулевой и малых скоростях вала без датчика положения (энкодера). Высокая точность управления моментом электродвигателя без энкодера на малых скоростях вала АДФР обеспечивается за счет регулирования тока ротора на высокой частоте, близкой к частоте питающей сети 50 Гц, и при высоком напряжении ротора АДФР. Высокая точность управления моментом АДФР при малых скоростях вала в двигательном и генераторном режимах, которую обеспечивает электропривод с роторными преобразователями «ЭРАТОН-ФР», имеет большое значение при маневрировании сосудов ШПМ, особенно в клетевых подъемных установках с плавной посадкой клети на кулаки.
Определенными ограничениями к применению УМДП с роторным преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР» и питанием статора АДФР от сети 6 кВ 50 Гц является ограничение максимальной скорости вала АДФР на уровне 95% синхронной скорости, которая на 3-4% ниже номинальной скорости вала, а также необходимость использования механического реверсора фаз напряжения статора для изменения направления вращения вала электродвигателя и изменения направления движения сосудов ШПМ. Вторым существенным ограничением к использованию электропривода с приводными АДФР, особенно в новых шахтных подъемных установках, явилось отделение Украины, основного производителя АДФР для шахтных машин, в самостоятельное государство, что существенно осложнило приобретение новых АДФР для ШПМ. Также определенные успехи в разработке и внедрении рекуперативного частотно-регулируемого электропривода с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором на шахтных подъемных установках значительно снизили внимание и интерес проектных и эксплуатирующих организаций к электроприводу на базе асинхронных электродвигателей с фазным ротором.
В 2017 году по инициативе и при участии ЗАО «ЭРАСИБ» компания РУСЭЛПРОМ приняла программу по импорто-замещению украинских электродвигателей с фазным ротором и разработала серию 62(64) электродвигателей АКН и АКНЗ для производства на электромашиностроительном заводе ООО «ЛЭЗ» (г. Санкт-Петербург). Производство электродвигателей с фазным ротором на российском заводе ООО «ЛЭЗ» создало предпосылки для сохранения частотно-регулируемых электроприводов с приводными АДФР в качестве конкурентных в шахтных подъемных машинах при условии устранения перечисленных выше ограничений по достижению синхронной скорости и отказу от контакторного реверсора в статоре АДФР.
Специалисты ЗАО «ЭРАСИБ» разработали электропривод с управляемой машиной двойного питания на базе АДФР, который сохраняет все достоинства УМДП с одним роторным ПЧ, а также обеспечивает регулирование скорости АДФР с постоянным моментом от нуля до синхронной скорости вала без датчика положения вала и изменение направления вращения вала без механического реверсора в статоре. Дополнительные возможности и улучшение показателей УМДП обеспечиваются за счет установки рекуперативных транзисторных преобразователей частоты «ЭРАТОН-В-Р» в статор и «ЭРАТОН-ФР» в ротор АДФР. На рисунке показана однолинейная структурная схема частотно-регулируемого электропривода шахтной подъемной установки с двумя приводными машинами двойного питания на базе высоковольтных асинхронных электродвигателей с фазным ротором и рекуперативных транзисторных преобразователей «ЭРАТОН-В-Р» в статоре и «ЭРАТОН-ФР» в роторе электродвигателя.
Статорный преобразователь частоты «ЭРАТОН-В-Р» (рисунок) формирует стабилизированное трехфазное напряжение, величина и частота которого ниже напряжения питающей сети, например, 3 кВ 25 Гц. При снижении амплитуды статорного напряжения, напряжение ротора АД ФР также должно быть пропорционально снижено. Роторный преобразователь «ЭРАТОН-ФР» формирует трехфазное напряжение с регулируемой величиной и частотой и обеспечивает векторное управление моментом и скоростью электродвигателя аналогично электроприводу УМДП с одним роторным ПЧ «ЭРАТОН-ФР», но только в другом диапазоне напряжения ротора и его частоты. Для регулирования скорости вала от нуля до синхронной скорости АДФР роторный ПЧ уменьшает частоту выходного напряжения от частоты, равной частоте напряжения статора (25 Гц) до нуля с последующим повышением частоты от нуля до частоты, равной разности частот сети (50 Гц) и частоты статорного ПЧ (25 Гц) с реверсом фаз при нулевой частоте. Для изменения направления вращения вала АДФР статорный ПЧ производит бесконтактный реверс фаз напряжения статора с переходом через нулевое значение при нулевой скорости вала в паузе между подъемами груза ШПМ.
При установке двух преобразователей частоты в статор и ротор АДФР (рисунок) номинальное напряжение и частота каждого ПЧ снижаются по сравнению с установкой одного ПЧ в статор, или в ротор АДФР. Ток статора и ротора АДФР определяется требуемым моментом электродвигателя и не меняется по сравнению с установкой одного ПЧ в статор, или ротор АДФР. За счет снижения напряжений статора и ротора АДФР при сохранении величины тока в статоре и роторе суммарная установленная мощность двух преобразователей в статоре и роторе АДФР остается такой же величины, как и установленная мощность одного преобразователя в статоре или роторе АДФР.
В электроприводе УМДП с двумя преобразователями частоты в статоре и роторе сохраняется способность управлять моментом АДФР при нулевой и малой скорости вала без датчика положения вала (энкодера), поскольку регулирование момента электродвигателя на нулевой и малой скорости вала осуществляется при достаточно большой частоте напряжения статора и ротора (например, 25 Гц). Способность регулировать момент электродвигателя с высокой точностью на малых скоростях вала без датчика положения (энкодера) обеспечивает существенные преимущества при прочих равных условиях перед электроприводом с короткозамкнутыми асинхронными электродвигателями и статорными преобразователями, которые не могут обеспечить высокое качество управления моментом двигателя при нулевой и малой скорости даже с датчиком положения вала, особенно в генераторном режиме. При этом УМДП с двумя преобразователями частоты в роторе и статоре обеспечивает практически бесконечный диапазон регулирования скорости вала (от нуля до синхронной скорости АДФР) с высокой управляемостью моментом и скоростью электродвигателя в двигательном и генераторном режимах, а также бесконтактный реверс направления вращения вала АДФР.
В настоящее время ЗАО «ЭРАСИБ» совместно со специалистами завода ООО «ЛЭЗ» (компания РУСЭЛПРОМ) подготовило к производству двухдвигательный электропривод по схеме управляемой машины двойного питания (УМДП) с высоковольтными приводными электродвигателями с фазным ротором типа АКН-62-1250-6-600У3 (1250 кВт, 600 об/мин) и двумя преобразователями частоты «ЭРАТОН-В-3-630-Р» (630 кВт, 3 кВ) в статоре и «ЭРАТОН-ФР-630» (630 кВт, 0,7 кВ) в роторе для многоканатной подъемной машины ЦШ 4х4 по проекту модернизации подъемной машины «Восточная» скипо-клетевого копра шахты «Северопесчанская» ОАО «Богословское рудоуправление» (УГМК). Электропривод УМДП с АДФР не требует установки датчиков положения вала приводных электродвигателей и разработан как альтернативный вариант по отношению к низковольтному (0,69 кВ) и высоковольтному (6 кВ) частотно-регулируемому электроприводу с приводными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором, обязательными элементами которого являются датчики положения вала (энкодеры) приводных электродвигателей.
Система управления УМДП с преобразователями в статоре и роторе АДФР разработана с учетом особенностей многоканатной подъемной машины со шкивом трения, которые заключаются в отсутствии жесткой кинематической связи между шкивом трения и канатами. Эта особенность может приводить к проскальзыванию канатов по шкиву трения, пробуксовке шкива относительно канатов и колебанию канатов с угрозой аварии ШПМ.
Проскальзывания и колебания в канатах возникают при ступенчатом или резком изменении момента на шкиве трения. Поэтому разработанная ЗАО «ЭРАСИБ» система управления исключает «рывки» электромагнитного момента на валу электродвигателя за счет реализации следующих функций:
- Система управления формирует S-образную тахограмму разгона электродвигателя с плавным изменением во времени электромагнитного момента электродвигателей.
- В системе регулирования применены адаптивные регуляторы с изменяемыми коэффициентами передачи в функции времени и скорости.
- Применена интеллектуальная установка начальных условий регулятора скорости.
Частотно-регулируемый электропривод УМДП с преобразователями частоты в статоре и роторе АДФР имеет высокий КПД, потребляет из сети только активную мощность при синусоидальном входном токе за счет активных входных выпрямителей и входных силовых фильтров, позволяет изменять направление вращения вала электродвигателей без дополнительного контакторного оборудования. Регулируемый электропривод обеспечивает надежную работу в режимах «Груз», «Люди», «Ревизия», и обеспечивает выполнение всех требований по разгону, движению, торможению и остановке сосудов ШПМ по заданной тахограмме подъема.
Как заказать преобразователь для шахтной подъемной машины
Учитывая, что требуемый диапазон регулирования насоса по заданию составляет от 50 до 100%, следует рассмотреть следующий возможный вариант. По технико-экономическим соображениям при таком диапазоне регулирования частоты наиболее оправданными являются каскадные схемы электропривода переменного тока на базе асинхронного двигателя двойного питания. При этом обмотки статора электродвигателя подключаются к сети 6/10 кВ, а управляющая обмотка - к преобразователю частоты.
В каскадных схемах преобразованию подвергается только мощность скольжения, которая, как известно, пропорциональна скольжению машины и мощности статора. Требуемая мощность преобразовательного оборудования зависит от диапазона регулирования скорости двигателя и не превышает 0,5 Рном двигателя.
При этом преобразователь низковольтный (до 1000 В). и современная элементная база позволяет реализовать практически любые мощности электропривода без усложнения силовой схемы преобразователя.
КПД такого электропривода в номинальном режиме практически равен КПД электродвигателя (снижается на 1% для схемы с однозонным регулированием и повышается на 1% для схемы с двухзонным регулированием).
Снята проблема резервирования на случай повреждений преобразовательного оборудования - электропривод автоматически по «грубому» алгоритму переходит в нерегулируемый режим с обеспечением непрерывности технологического процесса.
Экономически выгоднее заменить штатный двухскоростной электродвигатель и установить каскадную схему электропривода, нежели к существующему двигателю «пристыковать» высоковольтный преобразователь в статорную обмотку.
Другие известные схемы высоковольтного частотно-регулируемого привода даже при наличии дорогостоящей и громоздкой системы резервирования не имеют такого преимущества, что, в конечном итоге, приводит к снижению КПД, увеличению установленной мощности электродвигателя и преобразовательного оборудования с устройствами резервирования.
В настоящее время разработаны и нашли практическое применение две разновидности каскадного электропривода переменного тока:
— асинхронизированный синхронный двигатель - АСД (рис. 3, а);
— асинхронно-вентильный каскад - АВК (рис. 3, б).
Эти схемы отличаются в основном принципом построения преобразователя частоты, определяющим, в свою очередь, технические характеристики всего электропривода.
В АВК используется преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока, включающий в себя выпрямитель, инвертор, сглаживающий дроссель и согласующий трансформатор.
Такой преобразователь обеспечивает односторонний переток активной мощности из управляющей обмотки машины через выпрямитель - инвертор - трансформатор в сеть.
Поэтому регулирование частоты вращения в АВК осуществляется в сторону снижения от номинального значения для асинхронного двигателя (однозонное регулирование).
Резервный режим работы при неисправности аппаратуры управления - режим с короткозамкнутой управляющей обмоткой. При этом электропривод обеспечивает максимальную частоту вращения nmax и, соответственно, максимальную производительность механизма.
В схеме АСД к управляющей обмотке подключен тиристорный преобразователь частоты с непосредственной связью (ТПЧ), обеспечивающий однократное преобразование мощности скольжения и двухсторонний свободный переток активной мощности между ротором машины и сетью.
Благодаря этому в АСД возможно двухзонное регулирование частоты вращения относительно синхронной. При этом электродвигатель выбирается на одну ступень меньшей мощности и с меньшей синхронной частотой вращения по сравнению с предыдущим вариантом.
Резервный режим работы электропривода при выходе из строя преобразователя частоты - режим короткозамкнутого ротора с синхронной частотой вращения, и при этом электропривод обеспечивает 85 - 90% максимальной производительности механизма.
Практическое применение в энергетике и других отраслях промышленности нашли обе схемы электропривода, причем как в варианте с обычным асинхронным электродвигателем с фазным ротором (управляющей обмоткой является обмотка ротора), так и в бесконтактном исполнении (управляющая обмотка расположена на статоре).
Бесконтактный электродвигатель агрегатного исполнения содержит в одном корпусе 2 статорных сердечника и общий ротор с соединенными между собой обмотками (узел токосъема отсутствует). Одна статорная обмотка используется для включения в сеть 6 - 10 кВ, а вторая с пониженным напряжением - управляющая - подключается к преобразователю.
Этот электродвигатель может быть изготовлен и в так называемом совмещенном исполнении, где обе обмотки размещены на одном статоре (в одних и тех же пазах) как в двухскоростных электродвигателях, а на роторе расположена одна короткозамкнутая обмотка, не имеющая выводов и контактных колец.
Объединение АО «Электромаш» (г. Тирасполь) освоило производство таких бесконтактных электроприводов типа РБД, наладило их выпуск и комплектную поставку. Имеется значительный опыт эксплуатации такого электропривода [1,3]. В энергетике с 1985 по 1994 г. внедрено более 20 электроприводов мощностью 630-1400 кВт.
Только на Минской ТЭЦ-4 до настоящего времени успешно эксплуатируются 7 электроприводов двойного питания общей мощностью 8,5 МВт, из них 5 электроприводов на базе двигателей с фазным ротором и 2 - с бесконтактными машинами отечественного и зарубежного производства [3].
Опыт эксплуатации регулируемого электропривода по схеме «машина двойного питания» первого и второго поколения, разработанных с использованием отечественной элементной базы на аналоговых и импульсных элементах, показал следующее [1,3]:
— с использованием РЭП достигается непосредственная экономия электроэнергии, затрачиваемой механизмами с электроприводами (по статистике она составляет в среднем 25 - 40 %);
— большинство механизмов спроектированы со значительным запасом по производительности, что, с учетом требований по обеспечению пуска, приводит к использованию короткозамкнутых электродвигателей на 2-3 ступени большей мощности, чем необходимо при наличии регулируемого электропривода;
— наибольшее число отказов в работе электропривода 1-го и 2-го поколений наблюдается в течение первых 2-3 месяцев эксплуатации. При этом имели место отказы электронных элементов системы управления, и сопровождались они автоматическим переключением в нерегулируемый режим с обеспечением необходимой производительности механизма;
— в электроприводе на базе двигателей с фазным ротором типа АКЗО имели место отказы по вине щеточного узла из-за скопления угольной пыли на изолирующих шайбах между контактными кольцами. После модернизации этого узла и обеспечения его обдува надежность электродвигателей с фазным ротором была повышена до уровня надежности электродвигателей типа ДАЗО;
— эксплуатация бесконтактных электродвигателей агрегатного исполнения отечественного двухкорпусного РБД-1000-750 и зарубежного однокорпусного фирмы «ЭЛИН УНИОН» показала их высокую надежность, на основании чего сделан вывод о целесообразности их широкого внедрения;
— благодаря наличию сильного фильтрующего действия обмоток электродвигателя, особенно в бесконтактном типа РБД, и согласующего трансформатора, а также вследствие небольшой преобразуемой мощности, влияние электропривода на сеть собственных нужд по высшим гармоникам не превышает норм ГОСТ и не требует применения фильтро-компенсирующих устройств;
— полностью решена задача пуска и самозапуска электропривода (учитывая ограниченный регулировочный диапазон) с ограничением пусковых токов путем разработки одноступенчатого пускового устройства - индукционного реостата, обеспечивающего необходимый пусковой момент с автоматическим его изменением в процессе пуска.
Реостат представляет собой трехфазный трансформатор со специальным сердечником из конструкционной стали, встроенный в шкаф преобразовательного агрегата. Надежность такого устройства по сравнению с традиционными резисторными станциями пуска значительно выше, кроме того, устройство не требует обслуживания.
Читайте также: