nechetnye

4 Расчет электромагнитных помех создаваемых преобразователем

Современный регулируемый электропривод как постоянного, так и переменного тока содержит силовые преобразователи электрической энергии, выполненные на силовых полупроводниковых ключах и являющиеся дискретными устройствами.

Рост установленной мощности преобразовательных агрегатов и связанное с принципом их работы ухудшение электромагнитной обстановки обострили проблему обеспечения нормального функционирования других потребителей, подключенных к общей с преобразователями сети, т.е. электромагнитную совместимость.

Работа вентилей входного (сетевого) выпрямителя преобразователя частоты вызывает ухудшение качественных показателей электрической энергии в точке их подключения к питающей сети. Это объясняется, во-первых, скачкообразным изменением параметров цепи во время коммутационных процессов в вентильной группе и, во-вторых, изменением величины тока нагрузки и связанным с этим падением напряжения на индуктивном сопротивлении сети в коммутационном интервале. Нормы на качество электрической энергии оговаривают допустимые величины колебаний действующего напряжения сети и его коэффициента несинусоидальности.

Работа силовых активных элементов преобразователя частоты в ключевых режимах с короткими фронтами импульсов напряжения и тока с частотой следования до нескольких килогерц является источником индустриальных радиопомех. Это в меньшей степени относится к работе выпрямительного моста преобразователя, где с высокой скоростью, но низкой частотой происходит обрыв обратного тока выходящих из работы диодов и тиристоров. Основной источник радиопомех – работа биполярных транзисторов инверторного звена, переключающихся с высокой частотой и очень крутыми фронтами.

50

преобразователя частоты показана на рисунке 4.1, где все реактивные сопротивления приведены к одному фазному напряжению Еф.

Рисунок 4.1 – Однолинейная схема замещения системы питания преобразователя частоты

Полная мощность короткого замыкания Ркз на шинах подключения преобразователя определяется выражением

и шин.

При определении Ркз необходимо учитывать и наличие синхронных машин, сверхпереходной сопротивление которых обычно не превышает 20-25 %.

52

Независимо от схемы соединения вторичных обмоток сетевого трансформатора относительное значение коммутационного провала на шинах питания определяется параметрами делителя напряжения, состоящего из индуктивных сопротивлений Хс и Хп, и описывается выражением

Степень искажения напряжения сети зависит не только от мгновенного значения коммутационного провала (4.6), но и от его длительности, определяющейся углом коммутации γ, который при углах естественной коммутации определяется из выражения

Теперь очевидно, что коммутационные искажения сетевого напряжения могут быть исследованы в зависимости от двух обобщенных параметров: Uк и

Рdн Ркз .

Вдальнейшем рассматривается случай одного или группы работающих согласованно преобразователей частоты. При питании группы несогласованно работающих преобразователей предложенная методика даст завышенный результат и следует воспользоваться вероятностными методами.

4.1.1 Оценка площадей коммутационных провалов.

Фазные питающие напряжения при начале отсчета от угла естественной коммутации с фазы С на фазу А. (рисунок 4.1)

54

Площадь коммутационных провалов обычно выражается в процентах, умноженных на электрический градус (% эл. град). Переходя в выражение (4.12) от радианной меры к электрическим градусам и выражая все в процентах

Для некоторых потребителей, подключенных к сетям 380 В, оговаривается допустимая площадь коммутационных провалов. Например, для систем импульсно-фазового управления тиристорных преобразователей эта величина составляет 420 % электрических градусов.

4.1.2 Оценка высших гармоник Для определения действующего значения высших гармоник,

содержащихся в искаженном напряжении, необходимо вычислить действующие значения импульсов коммутационных провалов и первой гармоники при их разложении в ряд Фурье. Анализ проведен для линейных напряжений (рассматривается линейное напряжение UAC) в относительных единицах, за базисную величину принята амплитуда линейного напряжения

6Eф .

56

Импульсы коммутационных искажений представляют собой симметричную функцию: f x T2 f x , где Т-период функции.

Следовательно, все процессы можно рассматривать на интервале ωt =π. Из выражений (4.15)-(4.17) относительное действующее значение

импульсов коммутационных провалов eUd

Относительная амплитуда синусной составляющей первой гармоники коммутационных провалов

Относительная амплитуда косинусной составляющей первой гармоники коммутационных провалов

Относительное действующее значение первой гармоники коммутационных провалов

Рисунок 4.3 – Однолинейная схема замещения системы питания преобразователя частоты:

ТД-15000– трансформатор S=40 МВА, U=6 кВ; МГГ-10 – масляный выключатель напряжением 10 кВ; АК-10 – воздушный выключатель напряжением 10 кВ; ПЧ – преобразователь частоты; СД – синхронный двигатель марки СТД-1600.

Паспортные данные трансформатора: Uкз = 9,36 %; Pк = 798 кВт. Сопротивление трансформатора определим по формуле:

Так как остальные составляющие индуктивного сопротивления питающей сети Хс очень малы по сравнению с сопротивлением трансформатора Хтр, можно Хс приравнять к Хтр

60

Ud0 =2,34 Eф=2,34 6000=14040 В.

Ток на выходе выпрямителя (4.18)

Idн = Рdн = 7058824 =502,76 А.

Ud0 14040

Приведенное значение эдс короткого замыкания преобразователя частоты (3.3)

Относительное значение эдс короткого замыкания UK, куда входит вся цепь коммутации вентилей выпрямителя преобразователя частоты (4.4)

Относительное значение коммутационного провала на шинах питания (4.6)

Длительность коммутационного провала, определяется углом коммутации γ (4.7)

1-cosγ=Uк ;

62

Относительная амплитуда синусной и косинусной составляющей первой гармоники коммутационных провалов определяются по (4.19) и (4.20) соответственно

b 3 0,9582 0,025 sin1,44 cos1,44 0,0011,

a 3 0,958 sin2 1, 44 0, 00023. 2

Относительное действующее значение первой гармоники коммутационных провалов (4.21)

Alg 12 0,000232 0,00112 0,00079 .

Определим относительное действующее значение высших гармоник импульсов коммутационных искажений (4.22)

e 0,02292 7,9 10 4 2 0,0223 .

Определим коэффициент несинусоидальности (4.23)

Kнс= 2 0,002132 0,030136 .

64

5 Оценка надежности электропривода

Надежность представляет собой комплексное свойство, сочетающая в себе понятие работоспособности, безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Сущность коэффициентного метода состоит в том, что при расчете надежности ЭП используют не абсолютные значения интенсивности отказов λJ, а коэффициенты надежности Ki, связывающие значения λi с интенсивностью отказов λб какого-либо базового элемента

Влияние на надежность элементов основных дестабилизирующих факторов – электрических нагрузок и температуры окружающей среды – учитывается введением в расчет поправочных коэффициентов.

Результирующий коэффициент надежности элементов ЭП с учетом электрических нагрузок и температуры окружающей среды

где Ki - номинальное значение коэффициента надежности;

а1 – коэффициент, учитывающий отклонение температуры окружающей среды и электрической нагрузки от номинальной;

а2 – коэффициент, учитывающий отклонение температуры окружающей среды от номинальной;

а3 – коэффициент, учитывающий снижение электрической нагрузки относительно номинальной;

а4 – коэффициент использования элемента, определяемый отношением времени работы элемента к времени работы ЭП.

Коэффициент надежности релейно-контактных аппаратов

66

Рисунок 5.1 - Логическая схема для определения надежности ЭП.

Для расчета, в соответствие с рекомендациями принимаем интенсивность отказов базового элемента интенсивность отказа ГПА λб=0,036·10-6 1/ч. Все расчеты сводим в таблицу.

Таблица 8.1 – Расчет надежности

Рассчитываем наработку до отказа и вероятность безотказной работы за время

68