Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергосберегающие системы электропривода переменного тока с частотным управлением для механизмов с вентиляторным статическим моментом. Учебное пособие
.pdf
21
Для группы турбомеханизмов, создающих при совместной работе на сеть
высокое противодавление, необходимо синхронное регулирование скорости
электроприводов всех работающих турбомеханизмов.
Обобщенная характеристика трех компрессоров и характеристика сети
без учета противодавления, представлена на рис. 1.12.
Электроснабжение компрессорного участка (рис. 1.14) при отсутствии
систем частотного управления осуществляется от двух двуобмоточных трансформаторов. К выходу каждой обмотки подключено по одному двигателю, а
также трансформатор с возбудителем. Основное оборудование включает компрессоры К-3000 №1 – К-3000 №4, приводные электродвигатели СД1…СД4. А
также два пусковых тиристорных устройства, питающих напряжением 3 кВ
дополнительные выводы от витков обмотки статора.
На рис. 1.15 приведена схема электроснабжения кислородной станции
при питании обмоток статора от преобразователей частоты. Преобразователи
частоты осуществляют режим частотного пуска и регулирования частоты вращения синхронных двигателей, обеспечивая энергосберегающие режимы работы компрессорной станции.
Параметры синхронного двигателя ТДС-20000-2УХЛ4 приведены в
табл. 1.2. Расшифровка обозначений: ТДС - турбодвигатель синхронный; 20000
- мощность в кВт; 2 - число полюсов; УХЛ4 - вид климатического исполнения.
22
Таблица 1.2
№
Наименование параметрА
Ед.изм.
Значение
1
Напряжение
В
10000
2
Мощность
кBт/кBA
20000/22650
3
Число оборотов в минуту
об/мин
3000
4
Ток статора
А
1310
5
соs (опережающий)
0,9
6
К.п.д. % 97,6
7
Напряжение возбудителя
В
169
8
Ток возбудителя
А
477
9
Кратность форсировки
-
1,4
10
Сопротивление фаз обмотки статора постоянному току при 200С
Ом
0,0084
11
Сопротивление обмотки ротора
Ом
0,246
12
Кратность максимального вращающего
момента
-
1,55
13
Coединение фаз
-
звезда
Паспортные данные синхронного двигателя ТДС-20000-2УХЛ4
Номинальный режим работы двигателя длительный по ГОСТ 183-74- SI.
По данным завода-изготовителя двигатель допускает асинхронный режим: при скорости близкой к номинальной и при полной нагрузке - в течение I
минуты; при нагрузке 80% от номинальной - 3 минуты; при нагрузке 50% от
номинальной - 30 минут.
23
Y Y Y Y Y Y Y Y
Y
ПТУС-2
Y
ПТУС-1
Y Y
ГПП-15-1 яч.32.4
ГПП-15-2 яч.23.3
ГПП-15-2 яч.21.1
ГПП-15-2 яч.22.1
ГПП-15-2 яч.7.1
ГПП-15-2 яч.8.1
СД К-3000
№ 1
СД К-3000
№ 2
СД К-3000
№ 3
СД К-3000
№ 4
3 кВ
10 кВ
10 кВ
10 кВ
10 кВ
от ПС
«Новая»
от ПС
«Новая»
ГПП
Рис. 1.14. Схема электроснабжения двигателей кислородной станции
24
Y Y Y Y Y Y Y Y
ПЧ 1
Y Y
ГПП-15-2 яч.21.1
ГПП-15-2 яч.22.1
ГПП-15-2 яч.7.1
ГПП-15-2 яч.8.1
СД К-3000
№ 1
СД К-3000
№ 2
СД К-3000
№ 3
СД К-3000
№ 4
10 кВ
10 кВ
10 кВ
10 кВ
от ПС
«Новая»
от ПС
«Новая»
ГПП
ПЧ 2
ПЧ 3
Рис. 1.15. Схема электроснабжения кислородной станции с подключени-
ем двигателей к питающей сети через преобразователи частоты
25
1.3. Системы пуска мощных синхронных двигателей и их
2
)108( RR
математическое моделирование
Пуск синхронных двигателей состоит из трех этапов: разбег двигателей
до подсинхронной скорости; подача возбуждения в обмотку ротора; синхронизация с сетью. Разбег до подсинхронной скорости осуществляется с помощью
пусковой короткозамкнутой обмотки, заложенной в ротор, а обмотку возбуждения подключают к разрядному резистору. Разрядный резистор R ограничивает ток возбуждения при пуске, улучшая пусковую механическую характеристику, и обеспечивает ускоренное гашение поля двигателя после его отключения от сети, что снижает аварийные разрушения обмотки при коротком замыкании. Выбор сопротивления разрядного резистора производится в зависимости
от сопротивления обмотки ротора
[12].
Если компрессорный механизм работает с постоянной производительностью и не требуется регулирования частоты вращения, то синхронный электропривод должен обеспечить пусковой режим с заданным темпом разгона. Для
снижения нагрузок на питающую сеть применяются системы пуска синхронных двигателей через реактор и системы тиристорного пуска с плавным регулированием питающего напряжения. На рис. 1.16 приведены однолинейные
схемы пуска синхронного двигателя СТД - 10 000 – 2 через реактор РСБД-10,
шунтируемый контактором ВМПЭ-10, и через устройство плавного пуска
УППВЭ. Устройство УППВЭ способно обеспечивать запуск, как одного синхронного двигателя, так и группы двигателей, с поочередным запуском нескольких двигателей через определенный интервал времени. При использовании устройства плавного пуска максимальный ток статора снижается примерно
в 3,5 раза по отношению к прямому пуску двигателя от сети. На схеме (рис.
1.16,б) приведены следующие элементы: БСМ - блоки силовых модулей; ТА трансформатор тока;
26
а) б)
Рис. 1.16. Однолинейные схемы пуска синхронного двигателя СТД -
10 000 - 2: а – реакторный пуск; б – через тиристорное устройство плавного
пуска
а) б)
Рис. 1.17. Устройство плавного пуска УППВЭ: а - схема пуска синхронно-
го двигателя; б - общий вид
27
QF - вводной высоковольтный выключатель; М - высоковольтный син-
2
тр ном тр
н
M M M M
нтр
МM 05,0
н
М
хронный электродвигатель СТД-10000-2; К - вакуумный контактор.
Математическое моделирование систем пуска и управления синхронным
двигателем может быть осуществлено при помощи программы MatLab в среде
Simulink, в которой реализованы принципы визуально-ориентированного программирования, что позволяет легко набирать нужные блоки и соединять их с
целью составления модели системы или устройства. Для построения функциональных блок – схем моделируемых устройств Simulink имеет обширную биб-
лиотеку блочных компонентов и удобный редактор блок – схем. Используя палитры компонентов (наборы), пользователь с помощью мыши переносит нужные блоки с палитр на рабочий стол пакета Simulink и соединяет линиями
входы и выходы блоков.
При моделировании пусковых режимов турбокомпрессора необходимо
задавать статический момент на валу двигателя (рис. 1.18,а), вычисляемый по
формуле:
. (1.16)
тей;
где
- номинальный момент сопротивления турбомеханизма.
– момент, обусловленный трением механических час-
Структурная схема математической модели синхронного электропривода
турбокомпрессора с системой плавного пуска приведена на рис. 1.19, результаты моделирования процесса плавного пуска – на рис. 1.20. Плавный пуск осуществляется путем фазового регулирования напряжения, подводимого к обмотке статора двигателя, от выбранного начального до номинального значения,
при этом ток статора и момент синхронного двигателя плавно возрастают по
мере разгона двигателя до подсинхронной скорости.
28
а) б)
)(tf
)(tfIc
Рис. 1.18. Характеристика Мс = f () турбокомпрессора (а); структурная
схема модели (б)
Рис. 1.19. Структурная схема модели плавного пуска СД
а) б)
Рис. 1.20. Графики переходных процессов при плавном пуске синхрон-
ного двигателя до подсинхронной скорости: а -
; б -
29
Системы пуска синхронного двигателя СТД-10000-2 могут быть реализованы как на базе устройства плавного пуска, например, УППВЭ1-3101023О
УХЛ4 (производства ООО «ЧЭАЗ-ЭЛПРИ»), осуществляющего регулирование
напряжения в процессе пуска, так и на базе преобразователя частоты, например
MEGADRIVE-LCI (производства ABB) аналогичной мощности, осуществляющего в процессе асинхронного пуска регулирование напряжения и частоты по
заданному закону. При выборе системы частотного управления мощным синхронным электроприводом, обеспечивающей энергосберегающий режим плавного асинхронного пуска, предпочтение следует отдать преобразователю частоты на базе инвертора тока. Применение более дорогого преобразователя частоты экономически оправдано при необходимости регулирования производительности турбокомпрессорных установок, осуществляемой путем регулирования
угловой скорости синхронного электропривода.
Структурная схема модели частотного пуска синхронного двигателя
представлена на рис. 1.21, в ее состав входят:
– модель синхронного двигателя СТД-10000-2;
– модель возбудителя ВТЭ-315-11;
– модель задания статического момента турбокомпрессора;
– модель системы частотного пуска при законе управления U/f =
const.
Частотный пуск позволяет существенно снизить ток статора при пуске
(рис. 1.22). Однако в начале переходного процесса при малой частоте из-за конструктивных особенностей синхронного двигателя, связанных с несимметрией
ротора, происходит затягивание процесса разгона. Это приводит к увеличению
времени выхода двигателя на установившуюся скорость. После разгона синхронного двигателя в асинхронном режиме осуществляется подключение ротора к возбудителю, происходит синхронизация двигателя, сопряженная с колебаниями тока и скорости, и после окончания переходного процесса двигатель
работает синхронном режиме.
30
)(tf
)(tfIc
Рис. 1.21. Структурная схема модели частотного пуска синхронного двигателя
а) б)
Рис. 1.22. Графики переходных процессов при частотном пуске
синхронного двигателя: а -
; б -
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]