Оценка энергетических показателей электропривода на базе АВК с регулируемым источником тока в роторной цепи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донбасский государственный технический университет

Оценка энергетических показателей электропривода на базе АВК с регулируемым источником тока в роторной цепи

УДК 621.314

Карпук И.А., Шевченко И.С., Самчелеев Ю.П.

Рекомендовано к печати д.т.н., проф. Родькиным Д.Й.

25.04.2006

Введение

Мировые цены на энергоносители стремительно растут, поэтому проблема энергосбережения в современном электроприводе (ЭП) выходит на первый план.

В [1, 2] авторами предложен вариант построения системы ЭП на базе асинхронно-вентильного каскада (АВК) с использованием регулируемого источника тока (РИТ) в роторной цепи. Такой подход к построению системы ЭП позволяет избавиться от известных недостатков традиционных ЭП на базе АВК - низкого cos ц при глубоком регулировании из-за применения фазового управления вентилями, наличия сглаживающего дросселя в цепи выпрямленного тока для обеспечения его непрерывности.

Цель работы - оценка энергетических показателей системы ЭП на базе АВК с РИТ и сравнение с показателями уже существующих систем ЭП на базе АВК.

Материал и результаты исследований

Для расчета энергетических показателей ЭП на базе каскадных схем включения асинхронной машины (АМ), а именно коэффициента полезного действия (к.п.д.) и коэффициента мощности, можно воспользоваться методикой, приведенной в [3].

Вначале рассмотрим методику определения к.п.д. ЭП.

Наиболее простым и достаточно точным методом определения к.п.д. вентильного каскада является метод определения потерь. Сущность этого метода состоит в определении потерь в элементах привода и подсчете полных потерь в приводе Р.

Для двигательного режима:

,(1)

где - полезная мощность на валу АМ.

При построении системы ЭП на базе АВК потери мощности в приводе можно разделить на постоянные и переменные.

Постоянные потери асинхронного двигателя находятся из равенства:

,(2)

где - номинальная мощность АМ, Вт; - номинальный к.п.д. АМ; - номинальный момент АМ, ; - номинальное скольжение АМ; - активное сопротивление статора, Ом; - активное сопротивление ротора, приведенное к статору. энергетический ток асинхронный вентильный

Переменные потери удобно определять, приводя все потери к роторной цепи АМ:

,(3)

где - эквивалентное сопротивление роторной цепи каскада, Ом.

Выпрямленный ток определяется величиной момента нагрузки по формуле:

,(4)

где - индуктивное сопротивление обмотки ротора АМ, Ом; - статический момент на валу АМ, Нм.

Эквивалентное сопротивление в случае традиционного варианта построения системы ЭП на базе АВК определяется как:

, (5)

где - активное сопротивление статора, приведенное к ротору, Ом; - активное сопротивление ротора, Ом; - индуктивное сопротивление обмотки статора, приведенное к обмотке ротора, и ротора соответственно, Ом; - активное и индуктивное сопротивление обмотки трансформатора соответственно, Ом; - активное сопротивление дросселя, Ом.

В случае использования варианта ЭП на базе АВК с РИТ:

.(6)

Авторами была написана программа определения к.п.д. ЭП в пакете математических вычислений MathCAD, использующая приведенную выше методику расчета. Результаты работы программы были обработаны табличным процессором MS Excel, с помощью которого были построены зависимости к.п.д. различных вариантов построения каскадных ЭП от скорости при различных уровнях момента (рис. 1) - традиционного (предложенного, например, в [3]) и системы с РИТ [1, 2] .

Анализируя полученные зависимости, отметим, что значения к.п.д. традиционного и базового вариантов построения коррелируются со значениями, приведенными в [3], а также, что к.п.д. базового варианта на несколько процентов (2 - 5%) выше, чем традиционного. Также нужно отметить, что к.п.д. базового варианта построения ЭП близок к теоретически достижимому.

Перейдем к определению коэффициента мощности ЭП на базе каскадных схем включения.

Традиционная схема вентильного каскада ухудшает коэффициент мощности асинхронного привода. Снижение коэффициента мощности асинхронного привода в схеме вентильного каскада происходит по двум причинам. Первой из них является увеличение потребления (циркуляции) реактивной мощности. Это вызвано тем, что реактивная мощность потребляется не только двигателем, но и инвертором (трансформатором), в то же время активные составляющие мощности двигателя и инвертора вычитаются (для двигательного режима ниже синхронной скорости). Вторая причина связана с появлением в рассматриваемой системе мощности искажений, обусловленных наличием высших гармонических в кривых тока двигателя и трансформатора.

Рисунок 1 - Результаты расчета к.п.д. традиционного варианта ЭП на базе АВК и варианта с РИТ

Из векторной диаграммы, приведенной в [3], коэффициент мощности традиционного каскадного ЭП можно определить по формуле:

, (7)

где - коэффициент, учитывающий искажение формы кривых первичных токов двигателя и трансформатора; - активная мощность АМ, потребляемая со стороны статора:

, (8)

- реактивная мощность двигателя, Вт:

; (9)

; (10)

- активная мощность, передаваемая через трансформатор:

(11)

Реактивная мощность, циркулирующая в цепи первичной обмотки трансформатора, может быть определена из следующих выражений:

;(12)

.(13)

Использование приведенных выражений позволило написать программу для нахождения зависимостей коэффициента мощности каскадного ЭП при традиционной схеме включения от скорости и момента на валу. Результаты работы программы приведены на рис. 2.

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента мощности традиционного варианта построения ЭП на базе АВК от скорости (=104.7 с^-1)

Для расчета коэффициента мощности базового варианта построения каскадного ЭП можно использовать следующее выражение [3]:

. (14)

Отметим, что коэффициент мощности базового варианта построения каскада не зависит от скорости ЭП. Рассчитанная с помощью программы MathCAD зависимость коэффициента мощности базового варианта построения ЭП от М приведена на рис. 3. На рис. 4 для примера сведены значения коэффициентов мощности двух вариантов построения ЭП.

Рисунок 3 - Зависимость коэффициента мощности варианта ЭП на базе АВК с РИТ от момента на валу

Рисунок 4 - Сравнение коэффициентов мощности традиционного варианта построения ЭП на базе АВК и варианта с РИТ (=104.7 с^-1)

Выводы

Результаты проведенного исследования подтверждают, что к.п.д. и коэффициент мощности предложенного авторами в [1, 2] варианта построения ЭП с использованием РИТ выше, чем у существующих традиционных ЭП на базе АВК, что позволит при реконструкции ЭП средней и большой мощности получить существенный экономический эффект.

Литература

Шевченко И.С., Карпук И.А., Самчелеев Ю.П., Скурятин Ю.В. Асинхронный вентильный каскад на базе регулируемого источника тока.// Збірник наукових праць Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Технічні науки. - Луганськ: 2004. - С. 143-149.

Шевченко И.С., Карпук И.А., Калюжный В.В., Калюжный С.В., Самчелеев Ю.П. Регулируемый асинхронный электропривод с источником тока в роторной цепи // Вісник Кременчуцького державного політехничного університету. - Кременчук: КДПУ, 2005. - Вип. 3/2005 (32). С. 197 - 200.

Онищенко Г.Б. Асинхронный вентильный каскад. М.: Энергия, 1967. - 150 с.

Размещено на Allbest.ru