книги / Преобразование и стабилизация параметров электроэнергии
..pdfвестным и широко используемым вариантом преобразования неуравнове
шенной системы в уравновешенную является выпрямление однофазного
напряжения.
УД 621.314
Б.П.Борисов, И.М.Мустафа, С.И.Таранушонко
ИССВД0ВАШ1Е ТИРИСТОРНОГО РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
ПРИ РАБОТЕ НА МАБШТОСВЯЗАННЫЕ ИНДУКТИВНЫЕ НАГРУЗКИ
Анализируется работа тиристорного регулятора напряжения с фазовым
гие магнитной связи между обмотками на глубину регулирования тока при обеспечении его непрерывности,
Внекоторых случаях для питания электромагнитов переменного напря жения, в том числе и в магнитодинамических установках, используют встречно включенные тиристоры-с фазовым управлением. При этом ре гулирование тока в цепи осуществляется изменением длительности проводящего состояния вентилей и предполагает прерывание тока на грузки. Если электромагнит переменного тока используется в элект родинамических преобразователях энергии, например в.магнитодина мических установках (МЩУ), то ре жим прерывистых токов, являющий ся следствием фазового управле ния тиристорами, вызывает повы шение вибрации жццкометалличеокого рабочего тела и конструк ции самой установки. Средством
снижения уровня вибраций в МЩУ может быть переход к регулироением на магнитосвязашше индуктивные нагрузки. Исследовано
ванию с непрерывным током в на Рио. 4
грузке. Создать этот режим можно либо фильтрацией напряжения после
тиристорного регулятора, либо самим преобразователем, принцип дей ствия которого исключал бы режим прерывистых токов. Фильтрация на
пряжения на выходе тиристорного регулятора путем установки парал лельно электромагниту фильтрующей емкости приводит к тому, что фа
за тока в |
электромагните становится функцией угла управления тири |
||
сторами, |
а |
это недопустимо при питании фазочувствительннх |
нагру |
зок, таких, |
например, как ОДНУ. |
|
|
В работе /\ ] приводится схема/ которая, сохраняя принцип фа |
|||
зового управления и естественную коммутацию тиристоров в |
некотором |
диапазоне изменения углов уть рявления, позволяет регулиро вать ток индуктивной нагрузки, не. прерывая е го . Особенностью этой схемы является то, что нагрузка регулятора выполнена в виде раздельных,, конструк тивно не зависящих друг от дру га элементов с индуктивностями
L . На рио. 1 приведена охема, отличающаяся от рассмотренной ранее /|7 тем, что в ней вве дена дополнительно магнитная овязь М меоду шщуктивноотями нагрузки, что характерно для Щ У. Применение такой схемы для питания электромагнита МНУ осложняется тем, что да
же в случае, если его обмот ки выполнены в ввде даух ка тушек, закрепленных на полю сах разомкнутого магнитопровсд а, мееду ними существует магнитная связь М.
Последуем работу такой схемы для питания электромаг нита переменного напряжения, состоящего из двух магнитосвязанных систем, и изучим действие магнитной связи мещду обмотками на глубину ре гулирования тока при обеспе чении его непрерывности.Элек
тромагнитные процессы в схеме описываютоя следующей системой диф
ференциальных уравнений: |
\t |
tM'±м 1Г/1 |
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
'L |
V |
|
|
|
|
d Т |
tM |
sin cot |
|
|
|
|
1 . J _ |
|||
|
|
|
it |
|
|
-M * |
|
Ток в первой ветви изменяется по |
закону r7 ~ - / „ (coscot-oosot), |
||||
цце |
ос |
- угол |
управления тиристорами; |
- амплитуда |
||
тока |
в |
ветви с |
учетом магнитной |
связи |
М, |
102
Во второй ветви ток протекает аналогично току в первой ветви,
но сдвинут относительно него на угол
Амплитуда первой гармоники результирующего тока определяется
выражением |
|
4 |
|
где Im - амплитудное значение |
тока в |
одной ветви. |
|
В режиме прерывистых токов |
/, и |
/? |
(рис. 2 ) , когда длитель |
ность проводящего состояния вентилей •(« |
/ и работа двух венти |
лей одновременно исключена, действие магнитной связи М между полу-
обмотками не проявляется. При этом амплитуда тока Im в приведен
ных выше выражениях определяется для случая М = О и принимает зна
чение Тт= |
. При увеличе |
|
||||
нии угла управления ы. дли |
|
|
||||
тельность проводящего |
со |
|
|
|||
стояния вентилей может пре-' |
|
|||||
выоить величину |
.г |
и в |
ин |
|
|
|
тервале а( - и} |
|
оба |
вентиля |
|
|
|
будут находиться в |
проводя |
|
||||
щем состоянии, в ветвях схе |
|
|||||
мы одновременно |
будут |
проте |
|
|||
кать токи /', |
£ |
величины |
|
|
||
которых определяются подста |
|
|||||
новкой в выражение для |
определения амплитуды тока 1т значения |
|||||
Мф 0. Из рис. |
2 |
водно, |
что на интервале О- кг |
результирующий ток |
||
равен разности |
токов |
!г |
, а после момента |
иг , когда ток во |
||
второй ветви |
прерывается, |
результирующий ток |
становится равным |
|||
току |
|
|
|
|
|
|
Известно 3 |
J , |
что |
при работе тиристорного регулятора напряже |
ния |
на индуктивную нагрузку регулирование величины тока возможно |
при |
углах ы от ~ до р г , а в диапазоне углов управления f c J L i j |
величина тока остается неизменной, не зависящей бт угла управле ния сС, и определяется лишь сопротивлением нагрузки и величиной приложенного к ней напряжения. Характер изменения первой гармони
ки тока от угла управления для данного случая, |
показан кривой на |
|||||
рис. 3 . |
|
|
|
|
|
|
Разделение индуктивности нагрузки на две включеннне парал |
||||||
лельно ветви со |
своими |
тиристорами |
(см .рис. 4 ) |
при JH*û позволя |
||
ет регулировать |
результирующий ток |
1р |
без его |
прерывания в диа |
||
пазоне изменения углов |
управления тиристорами р ,* |
-"(см .р и с .З , |
||||
кривая a i e 4 ) Д 7 . Этот |
случай соответствует'получению максималь |
|||||
ной величины результирующего тока 1р |
|
при *•- Û |
(тиристоры полно |
|||
стью открыты). С |
появлением магнитной |
связи М за |
очет перераспре- |
|||
|
|
|
|
|
|
103 |
деления электромагнитной энергии меаду ветвями схемы регулировоч
ные характеристики |
на интервале |
|
занимают |
промежуточное' |
||||||
положение мгпщу кривыми |
abc |
и |
a b d , |
например |
линией a b c |
.Х а |
||||
рактеристики |
аде |
и |
a ô d |
являются граничными в том смысле, |
что |
|||||
кривой <tbc |
соответствует |
случай, когда между полуобмотками |
элек |
|||||||
тромагнита коэффициент связи |
кс |
= 1 , |
а кривой |
a d d |
соответствует |
|||||
коэффициент |
связи |
кс |
= |
0 . |
|
|
|
|
|
|
На рис. |
4 показаны осциллограммы результирующего тока |
, |
снятые экспериментально на действующей установке ВДН-6С. Кривые
4 , |
2 показывают изменение тока в диапазоне изменения углов |
|
а |
кривые 3 ,4 - в диапазоне непрерывных токов |
Измерен |
ное в эксперименте значение коэффициента связи между полуобмотка-
ми электромагнита нс |
= 0 ,2 . |
|
Таким образом, раздельное питание полуобмоток электромагнита |
||
ВДУ от тиристорного |
регулятора напряжения регулирует ток в |
них |
во всем диапазоне изменения углов управления, что позволяет |
сни |
зить вибрации установки и улучшить энергетические показатели си стемы питания за счет уменьшения коэффициента искажения потребляе
мого из сети тока. |
|
||
1 . |
Супранович Г . Улучшение коэффициента мощности |
преобразователь |
|
ных установок. - М. : Энергоатомиздат, 4 9 8 5 , |
- 136 с . |
||
2 . |
Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М. |
: Высш. школа, |
|
1 9 8 2 |
. - 496 о . |
|
|
УДК |
6 2 1 |
.3 1 4 :6 2 1 .3 6 5 |
|
Б.П . Борисов |
|
||
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ В СИСТЕМАХ ПИТАНИЯ |
|
||
ШНИТОДИНАМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК |
|
Приведены аналитические выражения для определения энергетических параметров в системах питания магнитодинамических установок с уче том магнитных связей их электромагнитных систем.
Магнитодиномические установки (МДУ ) имеют ряд конструктивных осо бенностей, которые необходимо учитывать при проектировании элект рической части установок и разработке систем их питания. Наиболее существенным при этом является зависимость производительности ВДУ от соотношений величин и фаз токов, индуктируемых ее магнитосвя занными несимметричными электромагнитными системами в жидкометал
лическом |
рабочем теле установки Д / . Наличие магнитной |
связи вли |
яет как |
на это соотношение и распределение активных и |
реактивных |
мощностей в ЦПУ, так и на энергетические соотношения в си стем ах |
|
питания МНУ» что необходимо учитывать при разработке методов и |
|
оредств компенсации реактивной мощности, симметрирования токов |
и |
напряжений в систем ах питания таких устан овок. Определить усло |
|
вия, цри которых коэффициент магнитной свя зи Ас электромагнитных
оистем ИЩУ будет оптимальным о точки зрения получения максималь
ной производительности ЦПУ Д 7 , а также получения в питающей сети минимальной величины пульсирующей мощности W , определяющей ст е
пень ее неуравновешенности при подключении ЦДУ, явл яется важной задачей.
Для ЦПУ характерно подключение их электромагнитных систем на
два отличных по начальным фазам напряжения трехфазной сети / 2/ .
Рассмотрим это в общем сл у ч ае, |
п олагая, что одна электромагнитная |
система ЦПУ и м еет'электри чески е |
параметры |
и подключена на напряжение- |
Ûf , а втор ая электромагнитная |
система |
||||
индуктивно |
свя за н а с |
первой, |
подключена на напряжение иг |
и имеет |
||
параметры |
в^ г “ |
4 |
V 4 ? |
При 8Т0М вы~ |
||
ражения дл я определения комплексных значений то к о в , |
полных и |
пуль |
||||
сирующих мощностей в |
электромагнитных системах ЦПУ и си стем е |
пита |
||||
ния будут |
иметь следующий ви д : |
|
|
|
+j f 4 // * Хт44 *а(Ъ г t-j)h
|
«■j f |
?r |
|
л X71 * ce s X 9 /J- |
Xm |
IjJg C c s |
( f / j * 9;2 ) J ; |
|
|||||
|
|
|
|
4 |
“ 4 / / e e s i f i 2 - |
*г |
T * *>*> 9,2 * |
|
|
||||
|
|
|
|
* Х „ 1 , ! г * / * < Ъ , + f y ) |
* |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
V1хг 4 * » п 2 9 /2 * Хг I*co s 2 9 ,1 1 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
* * m Jl h c e 5 ( % + Vü ' > ] |
|
|
|
|||||
Электрические |
М-0 |
*М |
-М |
|
где |
|
|
; |
М - |
||||
параметры |
|
|
|
|
|
|
коэффициент взаимной ин |
||||||
|
|
|
|
о |
0 ,5 |
-0 ,5 |
|
дуктивности, верхние знаки |
|||||
|
|
|
|
|
при |
Хт соответствуют |
со |
||||||
SffM |
|
|
76 |
108 |
5 1 ,3 |
||||||||
|
|
76 |
8 1 ,3 |
88,2 |
гласному включению магнит- |
||||||||
т„(Л) |
|
|
носвяээнных систем МНУ, |
||||||||||
b |
Ш ) |
|
17350 |
25900 |
16900 |
||||||||
|
Нижние - встречному их |
||||||||||||
|
17350 |
28950 |
13400 |
||||||||||
P}J (Sr} |
|
включению. |
|
|
|||||||||
8„ {hp) |
|
23100 |
31600 |
9750 |
|
|
|||||||
ff„ {tap) |
|
23100 |
41500 |
30250 |
|
|
Из уравнений можно |
||||||
|
определить |
соотношения % |
|||||||||||
Яа |
(В-А) |
|
28900 |
41000 |
19500 |
||||||||
|
н |
9/г |
, при которых проис |
||||||||||
P |
{З А) |
|
28900 |
30900 |
33250 |
||||||||
|
ходит направленный обмен |
||||||||||||
|
|
|
•34700 |
54850 |
30300 |
||||||||
Ы |
+ Ь |
|
энергией меяду электромаг- |
||||||||||
|
46200 |
43100 |
40000 |
||||||||||
|
|
|
нитньми системами МНУ.Так, |
||||||||||
|
|
|
28900 |
50700 |
17820 |
||||||||
|
|
|
при согласном включении |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
систем МНУ 4 |
и |
4 условием передачи активной мощности из 4 |
в 4 |
||||||||||
будет о< ( 9}, - fj2 ) < |
+ 1 80 °, |
условием передачи реактивной мощно |
|||||||||||
сти |
из 4 |
в |
1г |
будет -9 0 ° < ( 9lf - 4’i2 ) |
< |
+ 90°. Активная и реак- |
|||||||
■тивная мощности будут передаваться из |
системы |
z2 |
в систему 4 со |
||||||||||
ответственно |
при |
-+ I8 0 0 < ( 9,, - |
9/г)< |
+360° и |
|
+90° <{%-,- 9,г )< |
|
< +270°. При встречном включении систем МНУ условием передачи а к-
тивной мощности из 4 в |
4 будет 180° < CV), - 9)г ) |
< |
360°, ре-: |
||||||
активной мощности из 4 |
в |
4 ” +90° |
f /г ) < |
+270с . |
Переда |
||||
ча из |
4 |
й |
4 активной мощности будет при |
0< (9/Т~9а )< |
+180°, |
||||
реактивной |
- |
при |
-9 0 ° < ( 9;г - |
9/2 ■) < +90°. |
|
|
|
||
|
Эти условия |
определяют |
энергетические |
соотношения я |
распреде |
ление мощностей в МНУ. которые необходимо учитывать при расчете их электромагнитных систем и систем питания при различных значе ниях Ас и Х0 . Изменение величины и знака существенно сказывается 106
щие в целом представление об изменении энергетических соотношений
в системах ВДУ для различных М.
Для рассмотренных случаев приведена диаграмма пульсирующих
мощностей» на которой за ооь отсчета принято напрявление вектора
фазного напряжения сети |
, совпадающее о ооыо 0 + 4 (рисунок). |
Анализ результатов расчета показывает, что игнорирование магнит
ных связей электромагнитных систем ВДУ может привести к большим ошибкам при оценке их энергетических характеристик* Изменяя вели
чину ïm и знак при нем, можно получить большое разнообразие ре
жимов ВДУ, Значительное увеличение |
при +М н е .в сегд а требует |
существенного увеличения мощностей реактивных электричеоких эле ментов (например, конденсаторов) для компенсации ^ . Так, из ри
сунка видно, что компенсация самого большого из рассмотренных слу чаев вектора (+М) может быть произведена простым подключенная
одного емкостного элемента на напряжение Ûg , что обеспечивает
как симметрию токов в питающей сети, так и йолнуто компенсацию ре
активной мощности, Компенсация |
и |
может осуществляться |
.двумя реактивными элементами. При этом случай (+М) обеспечивает
максимум активных мощностей, выделяемых в систолах ВДУ.
Таким образом, приведенные уравнения позволяют с учетом маг
нитных связей определять и оптимизировать энергетические соотноше
ния параметров электромагнитных систем ВДУ и систем их питания.
4 . |
Борисов Б J I . , |
Вагин Г .Я . Электроснабжение |
электротехналогиче- |
|
2 . |
ских установок. - |
Киев: Наук, думка, 4 9 8 5 . |
- 248 с . |
|
Швдловский А .К ., Борисов Б.П . Симметрирование однофазных и |
||||
|
двухплечевых электротехнологических установок. - Киев: Наук, |
|||
|
думка, 497 7 . |
- 4 6 0 |
с . |
|
Ш624 .314
В.Н.ЗажирКо, В .Г.К авко, Б.В.Христолюбов
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РЕЛЕЙНОГО РЕГУЛЯТОРА ФАЗНЫХ ТОКОВ ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ПОТЕРЬ
Решена задача оценки дополнительных потерь, определяемых специфи кой закона управления инвертором при реализации скользящего режи ма релейного регулятора.'Получены результаты, которые можно ис пользовать при выборе параметров релейного регулятора фазных то ков электромеханического преобразователя.
В современном электроприводе широкое применение получил принцип
частотно-токового управления машинами переменного тока, обеспечи
вающий качественные регулировочные характеристики |
привода. |
При |
||
r s B l |
5 -4 2 -0 0 1 0 1 0 -5 . Преобразуй стабилизация |
параметров |
||
108 |
электроэнергии. |
- |
Киев, |
4990. |
этом силовой преобразователь выполняет функции регулятора фазных токов. Высокая точность формирования заданной кривой тока может
быть достигнута при использовании релейного регулятора, работаю щего в скользящем режиме (СР).
Рассмотрим .условия существования СР регулирования фазных то
ков бесконтактного синхронного электромеханического преобразова теля с учетом требования локализации изменений частоты переключе ний силовых ключей инверторов в заданном частотном диапазоне. Сравнение СР и широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с пропорциональ ным регулированием тока показало, что СР обеопечивает лучшие пока
затели статической точности регулирования. Использование ПИ-регу-
ляторов тока с ШИМ малоэффективно ввиду синусоидального характера задающего воздействия и ухудшает динамические показатели регу лятора.
При двусторонней проводимости автонбмного источника постоян
ного напряжения симметричный закон управления диагональными ключа
ми моотового инвертора, реализуемый в СР, позволяет, осуществить
рекуперацию энергии в источник на интервалах торможения двигателя. Получены условия возникновения режима рекуперации в виде ограниче ния на величину частоты вращения двигателя в момент началатормо жения.
Решена задача оценки дополнительных потерь, учитывающих спе
цифику закона управления инвертором при реализации СР. В отличие
от ШИМ частота переключений силовых элементов инвертора является величиной переменной, закон изменения которой во времени определя
ется заданной формой кривых фазных токов и противоЭДС двигателя. Число переключений на периоде изменения задающего сигнала зависит от величины среднего периода переключений*.
Потери на переключение при синусоидальном характере токов и
противоЭДС определяются амплитудой фазного тока |
, |
величиной ЭДС |
||||||||
источника питания |
, значением интервала коммутации |
£ |
и числом |
|||||||
переключений /г |
на |
периоде задающего |
оигнала Т0 |
|
|
|
||||
|
|
f i s |
ts |
4 4 |
А |
r i, |
|
|
И ) |
|
|
|
/7 |
ЗГ |
i |
|
|
|
|
||
Число переключений зависит |
от |
максимальной величины среднего |
||||||||
выходного напряжения инвертора кт , |
определяемой параметрами дви |
|||||||||
гателя, величины индуктивности фазы |
t |
и ширины петли гистерезиса |
||||||||
релейного элемента в контуре регулирования фазного тока 2âir : |
||||||||||
*■ Бподовокий В .Н ., |
Иванов В ,С . Приводы с |
частотно-токовым |
управле |
|||||||
нием. - М. : |
Энергия, 1 9 7 4 . |
- |
168 |
с . |
|
|
|
|
Дополнительные потери от высших, гармоник тока при линейной
аппроксимации кривой пульсаций тока не зависят от числа переклю
чений:
(3)
вде г - активное сопротивление фазной обмотки.
Соотношения М )-(З ) позволяют определить ширину петли гисте
резиса релейного элемента âhrQ , соответствующую минимуму допол
нительных потерь:
Полученные результаты можно использовать при выборе парамет
ров релейного регулятора фазных токов бесконтактного синхронного
электромеханического преобразователя.
УДК 6 2 i .3 I i .2 4
А.А.Брыль, В.И.Валенко, 0 . Г.Денисенко, П.П.Пекур.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ' С ВЕРТОЛЕТНЫМИ ЛОПАСТЯМИ
Приводятся результаты натурных экспериментов по определению энер гетических характеристик ветроэлектрической установки с вертолет ными лопастями, оснащенной генератором постоянного тока. Резуль тирующий. КГЩ установки при работе с оптимальным углом заклинения лопастей ветроколеса составляет 0 ,3 - 0 ,3 3 . При скорости ветра 7 ,7 м/с установка генерирует мощность 1 7 кВт.
Использование ветроэлектрических установок (ВЭУ) для энергоснаб
жения объектов в удаленных и труднодоступных районах приобретает
важное значение в связи с дефицитом органического топлива и боль
шими аранспортными расходами на его доставку.. Широкомасштабное
внедрение ВЭУ в народном хозяйстве страны возможно только при на
личии установок, обладающих высокими энергетическими, .эксплуата
ционными и экономически^
На опытном полигоне Института электродинамики АН УССР* со
здана экспериментальная многоагрегатная ветроэлектрическая стан
ция из восьми ВЭУ номинальной мощностью 20 кВт Д 7 . Калщая у ста -