автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование мощного вентильно-индукторного электропривода

На правах рукописи

, Корпусов Дмитрий Евгеньевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОЩНОГО ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Специальность 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена на кафедре "Автоматизированного электропривода" Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель доктор технических наук

Остриров Вадим Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Тарасов Владимир Николаевич

кандидат технических наук Носач Сергей Васильевич

Ведущая организация ФГУП "Уральский электромеханический

завод", г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится « 15 » декабря 2006 года в 16 час. 00 мин. в аудитории М-611 на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Энергетического института (технического университета)

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ)

Автореферат разослан « /(! » коя9/ £ 2006 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 212.157.02 канд. техн. наук, доцент

Цырук С. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Переход от нерегулируемого к регулируемому электроприводу является устойчивой тенденцией развития современных технологий. Установка регулируемого электропривода (РЭП) позволяет экономить электроэнергию, воду, тепло, снизить износ технологического оборудования. Однако цена РЭП оказывается пока что сдерживающим фактором его массового внедрения. Особенно это заметно в диапазоне больших мощностей, где электропривод остается еще в основном нерегулируемым.

Изучение специфики отечественной промышленности и системы энергоснабжения позволило выявить, что установленные в настоящее время мощные электроприводы переменного тока (более 400 кВт) - высоковольтные нерегулируемые. Установка регулируемого высоковольтного электропривода обходится значительно дороже.

К современному РЭП предъявляют высокие требования по надежности и бесперебойности работы. В настоящее время в Московской Объединенной Энергетической Компании (МОЭК), эксплуатирующей десятки РЭП мощных сетевых насосов с приводными высоковольтными асинхронными двигателями, стоит трудноразрешимая задача обеспечения бесперебойной работы при авариях в системе энергоснабжения. Проблема в том, что установленные высоковольтные преобразователи частоты (ПЧ) не могут реализовать бесперебойную работу привода даже при кратковременных исчезновениях питающего напряжения, что приводит к останову котла в результате срабатывания защиты по расходу воды. Последующий розжиг котла занимает порядка 2-х часов, что особенно критично в зимний период времени.

Указанные выше проблемы заставляют искать новые, более эффективные и экономичные пути их решения. Один из возможных вариантов рассматривается в данной диссертации - это установка низковольтного электропривода с перспективным вентильно-индукторным электродвигателем (ВИД) с независимым возбуждением. Данный тип электропривода исследован недостаточно полно и находится лишь на уровне малочисленных экспериментальных разработок при мощности ВИП до 7,5 кВт.

Одно из основных достоинств ВИД с независимым возбуждением - это секционированная статорная обмотка, которая существенно расширяет область применения данных электроприводов.

Преимущества ВИД с секционированной

С.-Петербург 03 20(6 ак^-У^.

• меньшие пульсации электромагнитного момента;

• каждая секция (обычно трехфазная) может рассматриваться как независимая обмотка;

о секционирование статорной обмотки двигателя позволяет ограничить установленную мощность инвертора секции значением, реализуемым при использовании стандартной элементной базы без необходимости перехода к высоковольтной технике, что открывает перспективу создания вентильно-индукторных приводов на мощности до нескольких МВт, при стандартных уровнях напряжения 380В;

• секционирование статорной обмотки двигателя существенно повышает надежность электропривода, так как при выходе из строя одного силового канала остальные остаются в рабочем состоянии.

Изложенное позволяет считать тему диссертации актуальной. Цель диссертационной работы

Разработка и исследование мощного низковольтного регулируемого вентильно-индукторного электропривода для механизмов бесперебойной работы.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

- обоснование выбора типа электродвигателя и системы электропривода;

- разработка структуры системы вентильно-индукторного электропривода, обеспечивающей наращивание мощности низковольтного электропривода до нескольких мегаватт и бесперебойность работы при отказах в системе электроснабжения и преобразователе электропривода;

- разработка математической модели системы электропривода, дающей адекватные представления о физических процессах преобразования энергии в данной системе и исследования на модели для изучения специфики системы и определения ее параметров на предпроектной стадии;

- создание образцов маломощного экспериментального и мощного опытного электропривода, проведение натурных исследований и испытаний. Методы исследования

Использованы базовые положения теории электромеханического преобразования энергии, теории обобщенной машины, фазные и координатные преобразования Кларка и Парка, практические аспекты курса промышленной электроники. При реализации математической модели применены методы математического имитационного моделирования. Анализ результатов

теоретических исследований, математического моделирования сравнивался с экспериментальными данными, выполненными на опытном образце вентильно-индукторного электропривода.

Новые научные результаты

1. На основании сопоставления различных систем электропривода установлено, что требованиям к мощным электроприводам бесперебойной работы, повышенной живучести и надежности в наибольшей степени отвечает > вентильно-индукторный электропривод, в котором используется

многосекционный ВИД с независимым возбуждением. ^ 2. Разработана структура системы вентильно-индукторного электропривода,

обеспечивающая наращивание мощности низковольтного вентильно-индукторного электродвигателя путем увеличения числа гальванически несвязанных трехфазных обмоток статора, числа однотипных преобразователей частоты и бесперебойность работы за счет питания системы одновременно от двух фидеров сети, а также наличие резерва мощности электропривода, достаточной для вывода одного преобразователя из эксплуатации без снижения мощности механизма;

3. Исследованиями на математической модели электропривода, в том числе невоспроизводимых или опасных для реального объекта режимов, на предпроектной стадии установлены существенные параметры электропривода: требуемое номинальное напряжение питания двигателя, токи силовых полупроводниковых приборов и уставки защит преобразователя.

4. Результаты исследований позволили создать уникальный вентильно-« индукторный электропривод ВИП-630 для сетевого насоса РТС "Коломенская"

г.Москвы, обеспечивающий реализацию комплекса требований к электроприводу , бесперебойной работы

Практическая ценность работы

Результаты данной работы использованы при разработке, проектировании и наладке мощного вентильно-индукторного электропривода ВИП-630 для сетевого насоса РТС "Коломенская" г.Москвы.

Апробация работы

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на XI Международной конференции "Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты", Крым, 18-23 сентября 2006 г.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано пять печатных работ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 40 наименований. Ее содержание изложено на 159 страницах машинописного текста, включая 88 рисунков, 16 таблиц и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследований, дается общая характеристика работы.

Первая глава содержит аналитический обзор современного регулируемого электропривода (РЭП) и его элементной базы. Приведены обобщенные технические характеристики типовых низковольтных (600 В, 1200 В, 1700 В) интеллектуальных силовых модулей (1РМ) ведущих мировых производителей, предназначенных для применения в силовой преобразовательной технике. 1РМ модули обеспечивают наиболее полный комплекс защит преобразователя. Рассмотрены возможные варианты и особенности использования стандартных полупроводниковых приборов при реализации силовой части электропривода, выявлены их достоинства и недостатки.

Рассмотрены электромеханические преобразователи энергии в современных РЭП постоянного и переменного тока, выделены достоинства и недостатки электроприводов на их основе. Рассмотрены общие проблемы перехода от нерегулируемого электропривода к регулируемому, связанные со спецификой отечественной промышленности и системой энергоснабжения.

Возросшие технические требования к электрическим машинам и электроприводу побудили к разработке новых двигателей нетрадиционных конструкций. Машина для современного РЭП должна обладать хорошими регулировочными и динамическими характеристиками, иметь технологично простую и надежную конструкцию, высокий КПД, длительно работать на высоких и низких скоростях вращения, быть приспособленной к управлению от современных электронных преобразователей. Этим требованиям соответствует вентильно-индукторный электродвигатель (ВИД) с независимым возбуждением.

Определены области возможного применения электропривода на основе ВИД с независимым возбуждением

- тяговые н транспортные электроприводы;

- электроприводы экскаваторов и буровых станков;

- электроприводы непрерывного действия;

- специализированные электроприводы.

В диссертации более подробно рассматривается область электроприводов неперрывного действия.

Во второй главе представлена классификация, устройство и принцип действия индукторных машин. На рис. 1 изображена блок-схема классификации индукторных двигателей.

Рис. 1. Классификация индукторных двигателей.

Рассмотрены более подробно конструктивные особенности исследуемых в диссертации многопакетных ВИД с внешним (независимым) возбуждением. На рис. 2 приведен пример одного из вариантов двухпакетного двухсекционного ' ВИД типа 12/7. Основные конструктивные особенности многосекционных ВИД с

независимым возбуждением (см. рис. 2): • - каждая секция двигателя состоит из трех фаз, каждая фаза состоит из двух

катушек, сдвинутых относительно полюсной структуры ротора на 180 эл. град;

- катушки фазы В установлены со смещением относительно одноименных катушек фазы А на 120 эл. град., а катушки фазы С- на 240 эл. град;

- смещение катушек второй секции относительно катушек первой секции составляет 30 эл. град;

- пакеты ротора сдвинуты друг относительно друга на половину полюсного деления машины, то есть на 180 эл. град.

Пзрсый гагат Второй пают

Рис.2. Двухсекционный ВИД с независимым возбуждением типа 12/7.

Определены преимущества многосекционных ВИД с независимым возбуждением:

и секционированная статорная обмотка позволяет уменьшить высшие гармоники в кривой намагничивающей силы;

■ у многосекционных ВИД с независимым возбуждением пульсации электромагнитного момента меньше, чем у односекционяых;

в отсутствие взаимоиндуктивностей фаз как в пределах одной секции, так и межсекционных позволяет рассматривать каждую (обычно трехфазную) секцию как независимую;

■ секционирование статорной обмотки двигателя позволяет наращивать мощность электропривода вплоть до нескольких МВт путем применения стандартных трехфазных низковольтных ПЧ;

а секционирование статорной обмотки двигателя существенно повышает надежность электропривода, так как при выходе из строя одного силового канала остальные остаются в рабочем состоянии.

В третьей главе рассмотрены методы обеспечения бесперебойной работы мощных электроприводов сетевых насосов на тепловых станциях, к которым относят резервирование двигателя и резервирование питания ПЧ (переключение на резервный фидер). Недостатки известных способов резервирования, в результате которых на некоторое время происходит снижение давления на выходе

насоса, являются причиной еще одной аварийной ситуации на тепловой станции — это остановка котла в результате срабатывания защиты по расходу воды. Установленные в настоящее время высоковольтные электроприводы мощных сетевых насосов не обеспечивают требуемой бесперебойности работы системы. В результате на последующий розжиг котла персонал станции тратит до 2-х часов. Особенно критично отключение котла в зимний период времени, когда нарушается теплоснабжение зданий и возникает риск замерзания воды в трубах. , На основании сопоставления различных систем электропривода

установлено, что требованиям к мощным электроприводам бесперебойной • работы, повышенной живучести и надежности в наибольшей степени отвечает вентильно-индукторный электропривод, в котором используется многосекционный ВИД с независимым возбуждением.

Определены основные требования к исследуемому электроприводу бесперебойной работы:

1. обеспечение требуемого диапазона и точности регулирования частоты вращения при высоких энергетических показателях;

2. высокая надежность электропривода;

3. безостановочная работа электропривода под номинальной нагрузкой при переключении силового питания на резервный фидер;

4. безостановочная работа электропривода под номинальной нагрузкой при глубоких (до 50%) просадках напряжения сети;

5. безостановочная работа электропривода под номинальной нагрузкой при сбое или отказе любой части электронного преобразователя;

t б. допустимость вывода в обслуживание или ремонт любой части

преобразователя и последующее полное восстановление системы без остановки t электропривода;

7. более низкая цена по сравнению с аналогами.

Выделенные курсивом требования - это новые, специфические требования, которые предъявлены к электроприводу.

На рис.3 приведено сравнение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором фирмы ABB (M3BP400LB) и четырехсекционного вентильно-индукторного электродвигателя (ДВИ-800), обеспечивающего ту же мощность (630кВт), номинальную частоту вращения (1500 об/мин), имеющих одинаковую высоту оси (400мм.). Двигатель фирмы ABB - это единственный низковольтный

двигатель большой мощности, с которым представилось возможность сравнить устанавливаемый электродвигатель.

АД с КЗ ротором типа МЗВР4001.В (Рн=в30кВт, ин=400В)

Вонтилыю-индукторный двигатель ДВИ-800 (СЗОнВт - й», ВЮкВт - чгсоаой ршжл, _ Чн=ЗВ0В)

0

..т.,

0,97 0,97

3300

КГ>Д(%)

0,87 0,87

3100

16В0

1580

100

С05§9

длина, мм

ценз, о.в.

Рис. 3. Сравнение электродвигателей.

Учитывая требования, предъявленные к электроприводу, и специфику тепловой станции разработана структура системы вентильно-индукторного электропривода, обеспечивающая наращивание мощности низковольтного электропривода, бесперебойность работы при отказах в системе электроснабжения и преобразователе электропривода. Функциональная электрическая схема вентильно-индукторного электропривода представлена на рис, 4.

Электропривод состоит из нескольких силовых каналов в соответствии с количеством независимых трехфазных статорных обмоток вентильно-индукторного двигателя (ДВИ). В данном случае ДВИ имеет четыре трехфазных обмотки на статоре, независимую обмотку возбуждения (ОВ) и датчик положения ротора (ДПР). Как правило, на объектах бесперебойной работы, в частности на тепловой станции, имеется несколько фидеров силового питания. Поэтому решено подключить часть электропривода к одному фидеру (Фидер 1), остальную часть - ко второму фидеру (Фидер 2) [4,5].

Каждый силовой канал содержит преобразователь частоты (ПЧ) и станцию управления (СУ). Станция управления включает в себя коммутационную и защитную аппаратуру и предназначена для подключения преобразователя частоты к силовому входу (С>Р1) и к двигателю (<2Р2, КМ1), а так же защиты ПЧ и двигателя от перегрузок по току и коротких замыканий.

СУ

канал № пч

СУ

Фидер2

ер2Г сыю

Фидер1

ер1Г

Фидер2[

ш

ш § о §

тп..л8

Силовой канал №2

канал №

Силовой канал №4

возбуждения

Рис. 4. Функциональная электрическая схема вентильно-индукторного электропривода.

Каждый преобразователь частоты содержит микроконтроллер (МК), пульт управления (ПУ), модуль дискретного ввода-вывода (МДВВ) и регулятор возбуждения. Все регуляторы возбуждения подключены параллельно и работают на общую ОВ двигателя, тем самым обеспечивая многократное резервирование цепи возбуждения. Для обработки сигналов с ДПР и датчиков температуры двигателя (tl...t8) используется блок периферийных устройств (БПУ) со своим собственным микроконтроллером.

Все преобразователи частоты и БПУ соединены между собой интерфейсом CAN, передача сигналов с ДПР осуществляется по последовательному интерфейсу SSI, для подключения внешнего компьютера имеется интерфейс RS-

Подюпочение силовых и информационных кабелей организовано таким образом, что в случае неисправности любой части ПЧ можно ее отключить, вывести в обслуживание или ремонт, а после вновь подключить, обеспечив полное восстановление системы без остановки электропривода.

В четвертой главе получено математическое описание процессов электромеханического преобразования в вентильно-индукторном электроприводе.

Составлена система уравнений (1) для ВИД с независимым возбуждением в осях с?,?-

Выполнен синтез замкнутой системы управления вентильно-индукторным электроприводом, получена структурная схема ВИП в осях которая представлена на рис. 5.

Разработана математическая модель системы электропривода в компьютерном пакете математического моделирования МайаЬ, дающая адекватные представления о физических процессах преобразования энергии в системе.

485.

, dVQ

(1)

Рис. 5. Структурная схема вентильно-индукторного электропривода.

Для получения модели электропривода с многосекционным ВИД с независимым возбуждением необходимо объединить требуемое количество независимых каналов путем суммирования моментов на общий вал электродвигателя.

В связи со сложностью, дороговизной и опасностью проведения подробных исследований мощного ВИД с независимым возбуждением, в диссертации проведена проверка адекватности математической модели на маломощном экспериментальном стенде, где установлены ВИД с независимым возбуждением (ДВИ-3) мощностью 3 кВт.

На рис. 6 и рис. 7 представлены в виде гистограмм обобщенные сравнения соответственно электрических и энергетических параметров, полученных при расчете (данные, выданные разработчиком электродвигателя), моделировании (данные, полученные на разработанной математической модели) и эксперименте (данные, полученные на экспериментальном стенде).

7 ■

ЩНм);1<нА);Ц(А)

п,об/мин

п,об/мин

М,Нм

Рис. 6. Сравнение электрических параметров.

Р<шл-1ГГ\аРх,АРг, АРст+АРмех ¡ШйОЪф -.и---0,9

Реал,Вт &Рэ,Вт АР/. Вт Ы>ст+Р.\ия£т КПД севр

Рис. 7. Сравнение энергетических параметров.

На рис. 6 и рис.7 приняты следующие обозначения:

п - частота вращения, об/мин; М-мощность на валу электродвигателя, Н'м; 1ф - амплитудное значение тока в фазе двигателя, АI/ - ток в обмотке возбуждения. А; Реал - мощность на валу, Вт; ЛРя - мощность потерь в статорной обмотке электродвигателя, Вт; АР/ - мощность потерь в обмотке возбуждения двигателя, Вт; АРст - мощность потерь в стали электродвигателя, Вт; Рмсх -мощность механических потерь, Вт; КПД - коэффициент полезного действия двигателя; с озер - косинус угла между током и напряжением двигателя.

Погрешность определения основных параметров в разработанной модели по сравнению с расчетными данными находится в пределах инженерной оценки точности 5% . Отличия некоторых экспериментальных данных от результатов моделирования позволяет судить о неточностях в изготовлении экспериментального образца электродвигателя ДВИ-3.

В целом разработанная математическая модель показывает адекватные результаты.

В пятой главе исследуются на модели трудновоспроизводимые и наиболее опасные для реального объекта режимы работы, имитация которых на объекте недопустима в исследовательских целях и возможна только для проверки функционирования системы при полной ясности в происходящих процессах. Аварийная ситуация может возникнуть в случае какой-либо неисправности в преобразователе частоты (ПЧ) или неисправности в системе энергоснабжения, когда происходит переключение с аварийного фидера на резервный.

Для исследования данных режимов смоделирована эквивалентная схема замещения силовой части электропривода, изображенная на рис. 8.

Модоль выпрямителя Звено прообрвэовптоля ПОСТОЯННОГО тока

Idc

Модель инвертора преобразователя

Модель двигатоля в осях d,q

Ее

Ra В

2 All в

ф

Udc

и У

кп

Тпр+1

U1

В R31

Uj.ij+tyin »¿р«

Ud<

Umax

Ud,Uq

Едв ld,Iq

Рис. 8. Эквивалентная схема замещения силовой части электропривода.

На рис. 9 представлены графики переходных процессов выпрямленного напряжения звена постоянного тока преобразователя Шс, выпрямленной ЭДС двигателя Едв и тока /е, протекающего под действием выпрямленной ЭДС через

обратные диоды инвертора в результате смоделированной аварийной ситуации в ПЧ.

Шс(Б),Ела(В),1е(А)

л

_|нсп_ з: \т \ 1 1 ! 1

иаслг Еяп |! г (

(Ч ылряэ у

/

г / — ГЦ режим аварийный режим Я -1-1-Ч

н—

0,2 0,4 0,3 0,13

Рис. 9. Переходные процессы при моделировании аварии в ПЧ.

Изображенный на рис. 9 аварийный режим может возникнуть вследствие аварии в выпрямителе (вышел из строя тиристор), аварии в звене постоянного тока (вышел из строя конденсатор) или отказа цепи управления контактором на выходе преобразователя частоты, а так же при неправильной уставке срабатывания защиты ПЧ по звену постоянного тока Шстт.

Исследованы аварийные режимы в системе энергоснабжения, в результате которых происходит переключение на резервный фидер. При этом рассматриваются возможные колебания напряжения питающей сети С/с„0Л, с учетом внешней характеристики трансформатора (С/сш(„=0,89-С/с„а„, С/сИЙХ=1,09'

Определено наихудшее сочетание коэффициентов обратной связи по току, неточность установки которых влияет на максимальные значения тока при переключении.

Исследованы на модели режимы управления подхватом вращения при переключении на резервный фидер, которые условно разделены на два возможных - с неуправляемым заданием скорости (вариант 1) и управляемым заданием скорости (вариант 2). Под сигналом задания скорости подразумевается выходной сигнал задатчика интенсивности ЗИ (см. рис. 10).

(О,

"ЗАД

'ЗИ

Вариант 1

Установлено, что

аварийное переключение в случае управляемого задания (вариант 2), когда система отслеживает текущее значение скорости и изменяет начальные условия в ЗИ, более благоприятное с точки зрения бросков тока и напряжения.

На рис. 11 и рис. 12 представлены осциллограммы скорости и момента на валу двигателя при переключении. В случае переключения на фидер с минимальным напряжением

/ ✓ ^-Вариант 2

/ 11 Ь ,1

С-пуск-ф- ком- -о рожим ч-псроключокко-* ВЫХОД В КОМ. рожим

Рис. 10. Сигнал задания скорости Щи на выходе задатчика интенсивности.

ист1п (см. рис. 11) электропривод работает с ограничением мощности в среднем на 25% из-за нехватки напряжения.

ОЛ М(Нм), Ф(1/С) Для случая Ocmln: им -1—0 ^ "013% 1 Miiia2S%\

Т

а /

номинальный __ режим работы

ааризнт1

. порокпючонил. 4с

* Вариант 2

1ЫХ0Д о ном. рожиц -

J "

t,C

Рис. 11. Переключение на фидер с минимальным уровнем напряжения. 0_,1М(Нм), т(Щ.....

S00 400 300

100

I

I Для случая Umax ограниченна мощности не происходит t

номинальным 0 режим работы -

В риант2—

М

оаииииг1 \

В этом случае скорость двигателя уменьшается на 13%. Такое снижение допустимо для реального электропривода, так как не приведет к аварийному режиму на тепловой станции - отключение котла. В случае переключения на фидер, имеющий повышенное напряжение 1/смах (см. рис. 12) режима ограничения мощности не происходил, электропривод способен поддерживать скорость вращения постоянной, однако подключение сопровождается большими бросками тока (момента).

На основании результатов моделирования установлены: « требуемый уровень токов силовых полупроводниковых

приборов преобразователя (не менее 1100 А);

в требуемые уставки защит преобразователя и коммутационной аппаратуры в станции управления (максимально-токовая 1500 А, тепловая 500 А, от понижения напряжения 420 - 450 В). В шестой главе изложены результаты экспериментальных исследований мощного вентильно-индукторного электропривода ВИП-630, которые проводились на специально оборудованной испытательной площадке.

На рис. 13 представлены внешний вид преобразователя частоты и испытуемого ВИД с независимым возбуждением ДВИ-800-1500.

-JL

. переключения _

4 с л 11

Ь(ХОД о ном. ражим

Рис. 12. Переключение на фидер с максимальным уровнем напряжения.

ПЧ1 СУ1, СУ2 ПЧ2

ПЧЗ

СУЗ, СУ4 ПЧ4

u.i(u3,w3)

t.MC

-150 -fv -300

«T7

Л:.t. ; яркость cmiim: 35 V 1 " " ril.OOlili) /il M \ -2.00 В

Рис. 13. Внешний вид преобразователя частоты и электродвигателя.

Получены осциллограммы

основных параметров электропривода: тока, напряжения, частоты вращения. На рис. 14 представлены осциллограммы фазных токов в двух различных трехфазных секциях статорных обмоток и линейного напряжения в одной из групп, полученные при работе под нагрузкой 420 кВт, частоте вращения 1340 об/мин и токе возбуждения 11,5 А.

На рис.15 представлена осциллограмма частоты вращения при пуске электропривода.

Проверена работоспособность

электропривода при имитации режима переключения с аварийного фидера на рабочий.

На рис. 16 представлены осциллограммы основных переменных при имитации режима переключения на резервный фидер: г'; - фазный ток на выходе ПЧ в отключаемой части привода; /2 - фазный ток на выходе ПЧ в неотключаемой части привода; Р -давление на выходе насоса; исоЫг -сигнал отсутствия напряжения; и -

К1 5.110 8 \ . _

кз| 1.Q0 BA.liS t j 0£J ll_ J

Рис. 14. Осциллограммы фазных токов и линейного напряжения двигателя.

¿л, и.е.

ntaS=lS00 Об/Мин

/

t,i° 3,8с

масштаба ICOaclc ласштзВ m 1 ас.* 2}1 оОАит

Рис.15. Осциллограмма частоты вращения при пуске электропривода.

частота вращения двигателя.

На интервале времени 0 ^ привод работает под нагрузкой 500кВт,

л=1500об/мин, Р=1,ЗМПа.

Амплитуды токов равны 360А.

В момент времени имитируется исчезновение

питающего напряжения на одном из фидеров, о чем свидетельствует изменение сигнала исоп1г датчика наличия напряжения. Оставшаяся в работе часть привода начинает работать в режиме перегрузки с током 720 А. Небольшая просадка частоты вращения происходит за счет "статизма" механических

характеристики привода, в результате чего давление также уменьшается.

В момент времени ^ подается питание на отключенный фидер. Интервал составляет 5 с. Датчик наличия напряжения фиксирует появление питания. В момент времени tз вступает в работу отключенная часть привода, ток // возрастает. Частота вращения увеличивается до заданной - 1500 об/мин. Интервал времени * Ь (задержка включения) оставляет порядка 500 мс и обуславливается инициализацией алгоритма

"подхвата" и временем включения коммутационной аппаратуры в

станции управлении.

В исследованиях на РТС "Коломенская" г.Москвы, проведенных в рамках приемо-сдаточных испытаний электропривода после соответствующей настройки параметров САУ, установлено, что сетевой насос с разработанным электроприводом под нагрузкой обеспечивают переход питания с одного фидера на другой (отсутствие питания по одному из фидеров в течение 5 секунд) с просадкой скорости не более 3 %. Этот результат полностью исключает возможность аварийного отключения котла.

В заключении обобщены основные результаты и выводы по работе.

и 10 Ыз 15 Рис.16. Осциллограмма частоты вращения при пуске электропривода.

äooQft

20 9 2 2.9 2 ©

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана структура системы вентильно-индукгорного электропривода, обеспечивающая наращивание мощности низковольтного вентильно-индукторного электропривода и бесперебойность работы при отказах в системе электроснабжения и преобразователе электропривода.

2. Разработана математическая модель электропривода, дающая адекватные представления о физических процессах преобразования энергии в системе.

3. Сделаны рекомендации по выбору силовых элементов электропривода, коэффициентов регуляторов САР, уставок срабатывания защит электропривода.

4. Результаты исследований позволили создать уникальный венгильно-индукторный электропривод ВИП-630 для сетевого насоса Коломенской РТС г.Москвы, который реализует комплекс требований к электроприводу бесперебойной работы.

5. Разработанный электропривод не имеет аналогов, что подтверждено несколькими свидетельствами на полезную модель.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Козаченко В.Ф., Корпусов Д.Е., Остриров В.Н. Электропривод на базе вентильных индукторных машин с электромагнитным возбуждением // Электронные компоненты. -2005. -№6. -С.60-64.

2. Остриров В.Н., Козаченко В.Ф., Корпусов Д.Е. Электропривод на основе индукторного двигателя с электромагнитным возбуждением // Вестник НТУ "Харьковский политехнический институт". Харьков: НТУ "ХПИ". -2005. -№45. -С.525-526.

3. Остриров В.Н., Репецкий Д.В., Корпусов Д.Е, Эффективное применение частотно-регулируемого электропривода в системе холодного и горячего водоснабжения домов старой застройки // Вестник МЭИ. - 2003. - № 1. - С. 55-59.

4. Остриров В.Н., Русаков А.М., Корпусов Д.Е. Мощный вентильно-индукторный электропривод сетевых насосов с резервированием по питанию // Труды Х1-ой Международной конференции "Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты". 18-23 сентября 2006г. В 2 ч. -Крым. -2006. -Ч. 2. -С.7-8.

5. Пат. 47147 РФ, МПК7 Н 02 М 5/40, Н 02 Р 1/00. Вентильно-индукторный электропривод / Остриров В.Н., Корпусов Д.Е., Тухикян A.C. -№ 2004134464/22; заявл. 26.11.04; опубл. 10.08.05, Бюл. № 22 (II ч.). -7с.: ил.

6. Пат. 53515 РФ, МПК7 Н 02 М 5/40. Вентильно-индукторный электропривод / Остриров В.Н., Корпусов Д.Е., Козаченко В.Ф., Русаков А.М. -№2005140026/22 ; заявл. 22.12.05; опубл. 10.05.06, Бюл. №13 (II ч.). -8с.: ил.

Печ. л.: 1,25 Тираж: 100 Заказ: 36/

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор современного регулируемого электропривода и его элементной базы.

1.1. Структура современного регулируемого электропривода.

1.2. Развитие силовой и микропроцессорной электроники.

1.3. Электромеханические преобразователи энергии в современных регулируемых электроприводах.

Выводы по главе.

Глава 2. Классификация, устройство и принцип действия индукторных машин.

Выводы по главе.

Глава 3. Структура системы электропривода с вентильно-индукторным электродвигателем с независимым возбуждением.

3.1. Проблемы обеспечения бесперебойной работы мощных электроприводов.

3.2. Структура мощного вентильно-индукторного электропривода.

Выводы по главе.

Глава 4. Математическое описание процессов электромеханического преобразования энергии в вентильно-индукторном электроприводе.

4.1. Математическая модель вентильно-индкуторного электродвигателя с независимым возбуждением.

4.2. Синтез замкнутой системы управления вентильно-индукторным электроприводом.

4.3. Реализация модели вентильно-индукторного электропривода в компьютерной среде моделирования Ма^аЬ.

4.4. Проверка адекватности модели вентильно-индукторного электропривода.

Выводы по главе.

Глава 5. Исследование экспериментально невоспроизводимых и опасных режимов работы электропривода.

Выводы по главе.

Глава 6. Экспериментальные исследования мощного вентильно-индукторного электропривода.

6.1. Структура экспериментального стенда.

6.2. Экспериментальные исследования комплектного электропривода.

6.2.1. Экспериментальные исследования электродвигателя ДВИ-800-1500.

6.2.2. Экспериментальные исследования электропривода ВИП-630.:.

6.2.3. Экспериментальные исследования электропривода в режиме "подхвата".

6.2.4. Экспериментальные исследования дистанционного управления электроприводом.

6.3. Испытания электропривода на тепловой станции.

Выводы по главе.

Основные результаты работы состоят в следующем.

1. Разработана структура системы вентильно-индукторного электропривода, обеспечивающая наращивание мощности низковольтного вентильно-индукторного электропривода и бесперебойность работы при отказах в системе электроснабжения и преобразователе электропривода.

2. Разработана математическая модель электропривода, дающая адекватные представления о физических процессах преобразования энергии в системе.

3. Сделаны рекомендации по выбору силовых элементов электропривода, уставок срабатывания защит электропривода.

4. Результаты исследований позволили создать уникальный вентильно-индукторный электропривод ВИП-630 для сетевого насоса РТС "Коломенская" г.Москвы, который реализует комплекс требований к электроприводу бесперебойной работы.

5. Разработанный электропривод не имеет аналогов, что подтверждено несколькими свидетельствами на полезную модель.

Заключение

1. Абрамов Б.И., Авдийский Е.И. Современное и перспективное электрооборудование установок для бурения скважин глубиной до 3900 м // Электротехника. -2001. -№1. -С. 11-12.

2. Абрамов Б.И., Коган А.И., Парфенов Б.М. Направления совершенствования электрооборудования одноковшовых экскаваторов // Электротехника. -2001.- №1.-С. 26-27.

3. Альпер Н.Я., Терзян A.A. Индукторные генераторы. -М.: Энергия, 1970.-190С.

4. Аракелян А.К. Регулируемый привод с вентильными двигателями. -М.: Энергоатомиздат, 1997. -235с.

5. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. -М.: Высшая школа, 1982.-272с.

6. Бычков М.Г. Элементы теории вентильно-индукторного электропривода//Электричество. -1997. -№8. -С.35-44.

7. Бычков М.Г., Кисельникова A.B., Семенчук В.А. Экспериментальные исследования шума и вибрации в вентильно-индукторном электроприводе // Электричество. -1997. -№8. -С. 41-46.

8. Ивоботенко Б.А., Козаченко В.Ф. Шаговый электропривод в робототехнике. -М.: МЭИ, 1984.-100с.

9. Ивоботенко Б.А., Садовский Л.А. Дискретный шаговый электропривод. -М. МЭИ, 1989.-90с.

10. П.Ильинский Н.Ф. Вентильно-индукторный электропривод перед выходом на широкий рынок // Приводная техника. -1998. -№ 3. -С.2-5.

11. Ильинский Н.Ф., Бычков М.Г. Вентильно-индукторный электропривод для легких электрических транспортных средств // Электротехника. -2000. -№2. -С.28-31.

12. Ключев В.И. Теория электропривода. -М.: Энергоатомиздат, 2001.-704с.

13. Козаченко В.Ф., Анучин A.C. Цифровое векторное управление вентильно-индукторным двигателем с независимым возбуждением // Компоненты и технологии. -2005. -№11. -С. 14-16.

14. Козаченко В.Ф., Корпусов Д.Е., Остриров В.Н. Электропривод на базе вентильных индукторных машин с электромагнитным возбуждением // Электронные компоненты. -2005. -№6. -С.60-64.

15. Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Русаков А.М. Перспективные системы экскаваторного электропривода на базе вентильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением // Тез. докл. научн.-прак. семин. М.: МЭИ. -2004. -С.101-112.

16. Кононенко Е.В. Синхронные реактивные машины. -М.: Энергия, 1990.-208 с.

17. Курбасов A.C. Опыт создания индукторных реактивных электрических двигателей // Электричество. -1997. -№7. -С.46-49.

18. Дедовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными магнитами. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -168с.

19. Миронов JT.M., Постников С.Г. Электропривод на базе вентильно-индукторного двигателя с независимым возбуждением // Труды МЭИ. -2000. -Вып.676. -С.68-82.

20. Остриров В.Н. Создание гаммы электронных преобразователей для электропривода на современной элементной базе: Дисс. д-ра. техн. наук -М., 2004. -311с.

21. Остриров В.Н., Бурыкин Т.Ю., Жаров К.С. Перспективы применения вентильно-индукторного привода для автоматизации вращательно-падающей системы бурового станка // Электротехника. -1997. -№2. -С.3-7.

22. Остриров В.Н., Козаченко В.Ф., Корпусов Д.Е. Электропривод на основе индукторного двигателя с электромагнитным возбуждением // Вестник НТУ "Харьковский политехнический институт". Харьков: НТУ "ХПИ". -2005. -№45. -С.525-526.

23. Остриров В.Н., Репецкий Д.В., Корпусов Д.Е. Эффективное применение частотно-регулируемого электропривода в системе холодного и горячего водоснабжения домов старой застройки // Вестник МЭИ. 2003. - № 1. - С. 55-59.

24. Пат. 47147 РФ, МПК7 Н 02 М 5/40, Н 02 Р 1/00. Вентильно-индукторный электропривод / Остриров В.Н., Корпусов Д.Е., Тухикян A.C. -№ 2004134464/22; заявл. 26.11.04; опубл. 10.08.05, Бюл. № 22 (II ч.). 7с.: ил.

25. Пат. 53515 РФ, МПК7 Н 02 М 5/40. Вентильно-индукторный электропривод / Остриров В.Н., Корпусов Д.Е., Козаченко В.Ф., Русаков A.M. -№2005140026/22 ; заявл. 22.12.05; опубл. 10.05.06, Бюл. №13 (II ч.). -8с.: ил.

26. Садовский JI.A., Виноградов B.JI. Электродвигатели с переменным магнитным сопротивлением для современного регулируемого электропривода // Электротехника.-2000. -№2. -С. 54-59.

27. Садовский JI.A., Виноградов B.JL, Максимов A.A. Развитие регулируемого электропривода с новыми типами машин переменного тока //Приводная техника. -2001. -№2. -С.35-44.

28. Электротехнический справочник. В 4 т. Т. 2. Использование электрической энергии / Под ред. Герасимова В.Г. -М.: МЭИ. -2002. -540 с.

29. Электротехнический справочник. В 4 т. Т. 1. Электрическая энергия / Под ред. Герасимова В.Г. -М.:МЭИ. -1995. -С.460.

30. Francheschini G., Fratta A. Perfomance of SRM in servo-drive applications. Intelligent Motion Proc.-June 1993. -P.16-27.36. http:// www.iujisemiconductor.com.37. http://www.mitsubishichip.com.38. http://www.semikron.com.39. http:// www.toshiba.com.

31. Lawrenson P.J. Brief Status Review of Switched Reluctance Drives: EPE Journal. -Oct. 1992. -Vol. 2. -№3. -P.133-144.