автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Системы возбуждения бесконтактных синхронных машин с расщепленной обмоткой возбуждения и полумостовым выпрямителем (исследование и разработка)

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОМАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

Безруков Валерий Павлович

УДК 621313323

СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫХ СИНХРОННЫХ МАШИН С РАСЩЕПЛЕННОЙ ОБМОТКОЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ПОЛУМОСТОВЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ /Исследование и разработка/

Специальность 05.09.01 - Электрические машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург -1992

У /-<///?

/ / 7 А //О Ч

Работа выполнена в Физико-энергетическом институте Латвийской Академии Наук

Научный руководитель: член-корреспондент ИА СССР,

доктор технических наук, профессор Овчинников И.Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Лозенко В.К.

кандидат технических наук Лупкин В.М.

Ведущая организация - Московский Электромеханический

завод им. Владимира Ильича

Ф

Защита состоится "ЯР", 1992 г. в /У часов

на заседании специализированного Совета Д 142.0201 во Всесоюзном научно-исследовательском институте электромашиностроения по адресу: 191065, С-Петербург, Дворцовая наб., 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного научно-исследовательчого института электромашино-строен ия.

Автореферат разослан ", г.

Ученый секретарь

специализированного Совета,

кандидат технических наук А. А. Карымов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время нарастающая угроза экологического загрязнения окружающей среды вынуждает останавли- вать атомные и тепловые электростанции, расположенные в густонаселенных регионах. При этом дефицит электрической мощности в промышленных сетях особенно ощутимо сказывается па потребителях в сельской местности, предприятиях нефтедобывающей и других отраслей, где при наличии протяженной низковольтной сети питания в основном используются асинхронные двигатели /АД/ мощностью до 100 кВт, имеющие низкое значение коэффициента мощности.

В связи с этим необходимо ускорить работы, направленные на широкое использование в приводах промышленных установок синхронных двигателей /СД/ малой и средней мощности с электромагнитным возбуждением, которые благодаря своим конструктивным особенностям способны за счет регулирования тока возбуждения работать с высоким коэффициентом мощности при изменении нагрузки на валу или генерировать реактивную энергию в сеть для компенсации ее потребления АД

Практические работы по использованию в приводе станков-качалок на нефтепромысловых предприятиях ПО АЗ НЕФТЬ и ТАТНЕФТЬ синхронных машшг серии СДБ проведены сотрудниками Физико-энергетического института ЛАН, ВНИИэлектромаша и АзНефтехима, основанием для которых явилась заявка N° /14—81/-63—83-11 Миннефтепрома СССР на разработку и освоение синхронного бесконтактного двигателя.

Опыт эксплуатации СД в условиях нефтепрмысловых предприятий показал перспективность использования машин серии СДБ при наличии простой и надежной в эксплуатации системы пуска и автоматического регулирования возбуждения /АРВ/.

Цель работы Исследование систем возбуждения бесконтактных синхронных машин с неподвижными обмотками возбуждения /ОВ/, разработка принципиально новых технических решений и создание на их основе образцов систем регулирования возбуждения СД, работающих в приводах станков-качалок на нефтепромысловых предприятиях:

Основные задачи. 1 Исследовать особенности работы СД в приводе нефтепромысловых механизмов и обосновать направления поиска новых конструкций систем регулирования тока возбуждения.

2. Исследовать эффективность работы новых нетрадиционных схем включения секций неподвижной О В.

3. Исследовать характеристики бесконтактного синхронного двигателя с сериеспой ОВ.

4. Разработать новые конструкции полупроводниковых систем АРВ и управления пуском СД мощностью до 100 кВт.

5 Разработать методику инженерного расчета опытных образцов машин серии СДБ с системой АРВ.

6. Провести промышленные испытания опытных образцов машин серии СДБ с системой АРВ в условиях нефтепромысловых предприятий.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались экспериментальные и аналитические методы исследования, принятые в электротехнике при анализе электрических машин. Достоверность основных теоретических положений подтверждена результатами экспериментов на моделях.

К защите представлены следующие положения:

1 Обоснование принципа работы новых систем возбуждения СД с расщсггленной ОВ и параллельным полумостовым выпрямителем на основе анализа эпюр токов и напряжений.

2. Обобщение результатов экспериментального исследования системы возбуждения и характеристик БСД с независимой расщепленной ОВ и полумостовым выпрямителем и обоснование преимуществ использования расщепленной ОВ по сравнению с традиционными системами возбуждения.

3. Теоретическое и экспериментальное обоснование эффективномсти улучшения характеристик БСД за счет включения расщепленной ОВ в цепь якорной обмотки.

4. Обоснование принципа использования пороговых элементов в блоке управления /БУ/ полупроводниковой системе ЛРВ с целью ее упрощения и широкого применения для СД мощностью до 100 кВт.

5. Методика расчета полупроводниковых систем ЛРВ с БУ на пороговых элементах, составленная на основе анализа основных уравнений и учета реальных процессов, происходящих в цепях.

6. Обоснование и исследование систем управления пуском СД, разработанных автором, в которых используется параметрическая зависимость величины напряжения на конденсаторе от частоты скольжения ротора

7. Обобщение результатов опытной эксплуатации БСД с системой ЛРВ в условиях нефтепромысловых предприятий, подтвержающее практическую ценность разработанных решений.

Научная новизна В диссертационной работе получены следующие новые результаты: Предложены и теоретически обоснованы новые конструкции систем электромагнитного возбуждения БСД с использованием расщепленной ОВ и параллельным полумостовым выпрямителем.

Показана возможность подключения секций расщепленной ОВ непосредственно к выводам источника переменного напряжения.

Теоретически и экспериментально исследованы формы токов и напряжений в системе возбуждения с расщепленной ОВ.

Исследованы характеристики БСД с независимой расщепленной

ОВ.

Исследована взаимосвязь параметров расщепленной ОВ с величиной тока возбуждения БСД.

Рассмотрены условия работы системы возбуждения БСД с расщепленной ОВ и полумостовым выпрямителем в режиме серисского включения в цепь тока якоря.

Методом математического моделирования исследованы

статические характеристики БСД с сериеспой ОВ при отклонениях питающего напряжения от номинального значения.

На основе схемы замещения ЕСД, составленной с учетом нелинейности параметров, эквивалентиругащих мапштопровод и потери в стали, составлена программа для расчета на ЭВМ статических характеристик машины, работающей при регулируемом по заданному закону токе возбуждения.

Получены основные расчетные соотношения для полупроводниковой системы ЛРВ с управлением на пороговых элементах, связывающие Еходные параметры регулирования фазное напряжение и ток якоря СД, с выходным параметром напряжением на ОВ.

Исследован процесс включения возбуждения машин серии СДБ с расщепленной ОВ при использовании ряда упрощенных систем управления пуском.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Предложены новые схемы систем возбуждения БСД с расщепленной ОВ, в которых двухполупериодное выпрямление тока возбуждения осуществляется от полумостового выпрямителя.

Получены экспериментальные результаты, подтверждающие улучшение технико-экономических показателей БСД за счет использования сериесной ОВ без изменения конструктивных параметров машины

Разработаны новые компактные схемы полупроводниковой системы ЛРВ и управления пуском с использованием пороговых элементов, ориентированные для широкого использования на СД мощностью до 100 кВт.

Разработана инженерная методика проектирования систем ЛРВ, по которой спроектированы и изготовлены на Экспериментальном электронно-механическом заводе ФЭЙ опытные образцы для машин серии СДБ 71-4Н и СДБ -1-4Н.

Внедрена в опытную эксплуатацию машина серии СДБ2505411, оснащенная системой ЛРВ с управлением на пороговых элементах, использование которой в условиях нефтепромыслового предприятия ПО ЛЗНЕФТЬ позволило получить экономический эффект 400 рублей в год на один электродвигатель.

Изготовлен макет БСД с системой компаупдного возбуждения и показана возможность сериесного включения расщепленной ОВ в цепь якорной обмотки машины серии СДБ.

Результаты работы использованы при выполнении задания по исследованию характеристик СД с переменной частотой вращения ротора по заказу ВНИИТяжпромзлектропроект, г. Москва

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Второй и Третьей конференциях молодых ученых ФЭИ ЛЛН /Рига, 1979 и 1980 гг/ и на Всесоюзном конкурсе по экономии электрической и тепловой энергии /РигаД988/.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 10 Авторских свидетельств на изобретения, из которых

9 работ являются коллективными.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем текстовой части 123 страницы,

8 таблиц, 80 рисунков и 4 приложения. Список литературы включает 124 наименования.

В первой главе дан анализ условий эксплуатации электрической машины в режиме циклической нагрузки на примере работы привода станка-качалки на нефтепромысловом предприятии. Рассмотрены типы БСД малой и средней мощности и конструкции систем АРВ, которые разработаны применительно к машинам этого диапазона мощности. Объектом исследования выбраны машины серии СДБ с когтеобразным ротором и внешнезамкнутым потоком, номинальная мощность которых составляет от 1,5 до 40,0 кВт. В отношении этих машин, спроектированных в ФЭИ ЛАН, накоплен большой опыт в области исследования их характеристик и эксплуатации на нефтепромыслах ПО АЗНЕФТЬ. Показано, что для улучшения эксплуатационных показателей машин необходимо использовать дешевую, малогабаритную и надежную систему регулирования возбуждения. Однако существующие конструкции не в полной мере отвечают перечисленным требованиям, в связи с чем автором предложено рассмотреть •решение данной работы за счет использования конструктивных особенностей машил серии СДБ.

Во второй главе изложен подход к решению проблемы упрощения системы возбуждения БСД за счет преимуществ неподвижного расположения секций О В. В основе этого решения лежит новая схема соединения секций ОВ и вентилей полумостового выпрямителя, предложенная автором и названная системой возбуждения с расщепленной ОВ и полумостовым параллельным выпрямителем. Принцип работы расщепленной ОВ пояснен на рис. 1, где изображено встречное соединение двух секций расположенных на общем

магнитопроводе индуктора И, выводы секций подключены к свободным выводам вентилей VI и У2 полумостового выпрямителя, а их средние точки соединены между собой через ключ К.

При замкнутом ключе К переменное напряжение в зависимости от полярности прикладывается к одной из секций ОВ через соответствующий открытый вентиль выпрямителя. Вследствие этого в секциях появляются токи, направление которых совпадает с полярностью полуволны приложенного напряжения, причем из-за индуктивного характера нагрузки через открытый вентиль одновременно протекает ток 1П, который имеет место в первой секции, и замыкается ток во второй секции.

Таким образом, в каждой из секций протекает пульсирующие токи 1{2, полярность которых, как видно на рис. 2, не изменяется во времени: При этом, поскольку амплитуды пульсации токов и соответствующих им МДС Гп и Р^ сдвинуты во времени на угол л, формы результирующего тока и МДС возбуждения соотвстсвуют

формам тока и МДС, имеющих место в ОВ, подключенной к двухполупериодному выпрямитьтю. Результирующая МДС возбуждает в мапштопроводе индуктора И постоянный, магнитный поток Ф^ который обеспечивает работу машины в синхронном режиме. При разомкнутом ключе К вентили выпрямителя отключены от секций ОВ и через них протекает переменный ток, который создает МДС, направленные встречно. В результате этого МДС возбуждения равна нулю и постоянный магнитный поток Фг в индукторе И отсутствует, т.е. происходит выключение возбуждения СД без отключения выводов от источника питания. В общем случае число секций / ш / в системе возбуждения СД может быть равно числу фаз многофазного источника переменного напряжения /ИПЫ/. При этом величина выпрямленного напряжения на секции ОВ определяется следующим выражением:

откуда следует, что при т=2, ЬТ^= 0,45

при ш=3, ип=0,675 иг.

Исследование степени влияния параметров ОВ па величину тока возбуждения проведен на основе анализа системы уравнений равновесия токов и напряжений в системе возбуждения с двухсекционной расщепленной ОВ:

(1+С05(я/т))

ип=

К

<НП <ИП

'ПКП + ^ 1

= 0,

(Ир <нп + Ьо--Мг-= и^ 8Ш(иг),

(II <11

»П + ,12=Ч-и трехсекционной расщепленной ОВ:

(Кп

>пкп+Ьп--Мг

-П--

Л

'ПКГ2 + ЬГ2--Мг

(11

<К|з

Чз^ + Ьо--мг

<и

'П +112

соответствующих холостому ходу машины, без учета токов в контурах демпферной и пусковой обмоток.

Решение систем уравнений относительно токов получено в интервале времени, равном л для двухсекционной и 2л/3 для трехсекционной обмоток, связанных взаимной индуктивностью М^ , с одинаковыми значениями параметров: величины активных сопротивлений равны и индкутивности Ц-рГ^^Ц-}.

Выражение для тока возбуждения в двухсекционной О В имеет следующий вид:

Анализ выражения показывает, что ток возбуждения является суммой свободной и вынужденной составляющих. При этом время затухания свободной составляющей тока возбуждения пропорционально разности (ЬП-МД

Экспериментальные исследования СМ с расщепленной ОВ в режиме генератора и двигателя показывает, что переключение секций по схеме расщепленной ОВ приводит к снижению ее сопротивления на стороне переменного тока выпрямителя на 7%. При этом постоянная составляющая тока возбуждения не изменяется по величине, в результате чего характеристики машины с традиционной и расщепленной ОВ отличаются не более чем на 2%, что укладывается в погрешность измерения.

Замена традиционной системы возбуждения с двухполупериодным мостовым выпрямителем на систему возбуждения с трехсекционной ОВ и полумосговым выпрямителем позволяет за счет распределения нагрузки по трем фазам снизить потери в цепи ИПН в 2,3 раза при меньшем числе вентилей в выпрямителе. При этом в режиме

асинхронного пуска машины уменьшается в >/3 напряжение на ключе в цепи тока возбуждения.

Экспериментально определено, что изменение величины коэффициента магнитной связи между секциями ОВ с 0,2 до 0,98

где

гг=л/ к2+й)2(ьп-мг)2,

<р =агссоз(Я{-1/5^),

а,=Нп/(Ьп-Мг),

Т^тсКп/СЬп-М^со.

Рис. 1. Направление токов и МДС в двухсекционной расщепленной ОВ при замкнутом /а/ и разомкнутом /б/ ключе К.

-1_I_\_

X 2» 31Г о!

Рис. 2. Эпюры токов и напряжений в секциях \УП /а/, У/^, /б/ и их результирующие кривые /в/ в двухсекционной расщепленной ОВ с полумосговым выпрямителем.

см

V,

V, -й-

Рис. 3. Схема сепнесного

включен V1 трехсекд ио! гной расщепленной ОВ в цепь —сорной обмотки СМ.

/С

/ /Г

/ /

/у

/уУ ■--- Ч'

10 1..А

Рис. 4. Зависимости токов в

системе возбуждения с расщепленной сериесной ОВ в функции фазного тока СМ.

приводит к уменьшению постоянной составляющей тока возбуждения в 1,5 раза. Это позволяет предположить, что оптимальное значение коэффициента магнитной связи находится в области около Кс=0,3 - 0,35.

В третьей главе проведен анализ работы синхронной иашины /СМ/ с сериесной ОВ, конструкция которой предложена автором. Схема соединения обмоток в СМ показана на рис. 3, где три секции расщепленной ОВ \\'п> \Уд, \УП и вентили полумостового выпрямителя VI, У2, УЗ включены непосредственно в цепь якорной обмотки СМ, соединенной в звезду. Возможность выключения возбуждения ключем \;4 позволяет производить асинхронный пуск СМ в режиме двигателя, причем ОВ в этот период представляет собой для переменного тока только активное сопротивление и выполняет роль баластного реостата, ограничивающего пусковые токив якорной обмотке. Включение ключа \'4 при подсинхропной частое вращения ротора переводит машину в синхронный режим работы, причем в результате переключения схемы одна из секций шунтируется вентилем выпрямителя и сопротивление ОВ для якорного тока уменьшается в 1,5 раза.

Анализ работы сериесной расщепленной ОВ показывает, что система возбуждения работает в режиме питания от источника тока. При этом максимальное значение тока возбуждения, которое может быть получено при условии идеальной проводимости вентилей выпрямителя, связано с током якоря известным соотношением:

1Гтах=3%/2 Ц* =1,351..

Величина тока в сериесной расщепленной ОВ не зависит от ее сопротивления, поэтому активпые потери в ней определяются только сечением и удельным сопротивлением проводников. Расчеты показывают, что при сохранении объема, занимаемого независимой ОВ, потери в аналогичной но МДС сериесной ОВ не возрастают.

Экспериментальные исследования на модели сериесной расщепленной ОВ показывают, что в реальных условиях на величину тока возбуждения влияет сопротивление полупроводникового перехода вентилей, шунтирующих секции с малым сопротивлением. Па рис. 4 представлены зависимости тока возбуждения , переменной составляющей тока в секции и его постоянной составляющей от тока на входе системы возбуждения 1„. Анализ полученных зависимостей показывает, что при

использовании кремниевых вентилей типа Д 246 А величина переменной составляющей тока в секции ОВ в 2,5 раза больше вслипы постоянной составляющей, а величина тока возбуждения I, в средней части графика составляет 0,67 от его максимального значения. Это явление объясняется малым сопротивлением секций и действием ЭДС взаимоиндукции, фаза которой в шунтируемой вентилем секции совпадает с полярностью включения вентиля. В этих условиях сопротивление секции следует задавать больше сопротивления открытого перехода вентиля с отношением не менее 10 : 1.

Исследование статических характеристик машины с сериесной ОВ

б/

Гис.5. Годографы тока якоря СМ с сериеспой ОВ для двух значений сопротивления воздушного зазора Хм = 1,43 /а/ и 2,86 /б/ при напряжении ио = 0,9; 1,0; 1,0.

Рис. 6. Схема системы ЛРВ для СД с расщепленной ОВ.

/1

о С,5 У) 1.1 /

Рис. 7. Рабочие характеристики машины СДБ 81411: »»о- с системой ЛРВ;

- при постоянном токе

возбуждения.

проведено путем моделирования условий работы СД на математической модели, представленной в виде схемы замещения с нелинейными параметрами, значения которых выражены в функции напряжения на элементах, эквивалентирущих участки мапштопровода и потери в стали. При этом параметр, характеризующий потери в стали в относительных единицах, представлен выражением, которое получено в результате анализа экспериментальных характеристик ряда машин:

^,=60/(2,781^+0.6/1^,), где R^i активное сопротивление в схеме замещения, эквива-лентирующее магнитные потери в стали;

и^, напряжение на этом сопротивлении.

Алгоритм расчета рабочих точек СМ составлен на языке ФОРТРАН 4 и организован в виде поиска баланса между напряжением сети, током якоря, током возбуждения и величиной электромагнитной мощности. В процессе итерационного решения схемы замещения и векторной диаграммы СМ при заданных значениях напряжения сети, тока якоря и законе изменения тока возбуждения результирующее значение электромагнитной мощности определялось с точностью до 1,0 %.

Анализ показателей, характеризующих работу СД с серпсснон ОВ проведен на основе годографов тока якоря. На рис. 5а,б представлены годографы тока якоря СД рассчитанные при коэффициенте насыщения K^=l,8 и напряжении сети UQ= 0,9; 1,0; 1,1 для двух значений сопротивления воздушного зазора Xgj = 1,43 /а/ и 2,86 /б/.

Сравнение расчетных точек максимальной электромагнитной мощности Рэм шах> отмеченных на годографах, показывает, что использование сериесной ОВ увеличивает перегрузочную способность машины при значительном уменьшении плотности тока возбуждения. Таким образом, при проектировании СМ с нормальной плотностью токов может быть получено снижение массы машины и экономия активных материалов.

В четвертой главе рассмотрены конструкции и основные расчетные соотношения для проектирования полупроводниковых систем АРВ, схемы которых разработаны автором, на основе использования в БУ многообмоточного суммирующего трансформатора управления /СТУ/, элементов с пороговыми характеристиками /герконов и динисторов/ и расщепленной ОВ. СТУ в системе АРВ выполняет роль датчика комплексных значений тока якоря и напряжения сети, выходной сигнал которого управляет углом открытия вентилей полумостового регулятора напряжения.

Одна из рассмотренных конструкций системы АРВ приведена на рис. 6, где изображена СМ с расщепленной ОВ, у которой параллельно двум секциям Wfl, W^ включены управляемые вентили VI, V2 полумостового выпрямителя. Управление вентилями осуществляется от СТУ, одна первиная обмотка которого W1 включена последовательно в цепь якорной обмотки СМ, а вторая W3 подключена к фазному

напряжению сети питания через добавочное сопротивление, состоящее из резистора Кд и конденсатора Сд. Вторичная обмотка \У2 нагружена на конденсатор С1, с выводов которого подастся напряжение на управляющие электроды вентилей VI и У2 через разделительные вентили V4-V7, динистор УЗ и резистор Ш. Выводы вторичной обмотки W4 нагружены на бесконтактный ключ, состоящий из мостового выпрямителя У8, тиристора V9 и резистора Я2.

В синхронном режиме работы машины в первичных обмотках СТУ протекают токи, пропорциональные току якоря и фазному напряжению И ПН. При этом во вторичной обмотке У/2 и на конденсаторе С1 появляется напряжение, величина и фаза которого являются функцией измеряемых синусоидальных сигналов. Напряжение с выводов конденсатора С1 прикладывается к запертому переходу динистора УЗ, включение которого происходит в каждом полупериоде при определенном уровне мгновенного значения напряжения. Полярность напряжения на конденсаторе С1 и вентилях VI, У2г~сфазированы таким образом, что в момент включения динистора заряд конденсатора разряжается через вентили У4 - У7 на управляющий электрод того вентиля, на аноде которого появляется положительный потенциал. Длительность и амплитуда импульса управления задаются величиной сопротивления резистора и емкостью конденсатора С1 в соответствии с параметрами цепи управления вентилей VI, У2

Период следования и фаза импульсов управления по отношению к напряжению на вентилях выпрямителя связаны между собой через И ПН, поэтому величина напряжения на О В задастся соответствующим выбором параметров СТУ, определяющих выходную характеристику системы ЛРВ, а регулирование напряжения на ОВ при изменении параметров на входе СТУ происходит в результате изменения фазы напряжения на конденсаторе С1.

Под воздействием пусковых токов в якорной обмотке СД происходит включение вентиля V9 и обмотка \У4 замыкается накоротко. Ток в этой обмотке демпфирует магнитный поток в мапигтопроводе СТУ и напряжение на конденсаторе С1 не достигает уровня включения динистора УЗ. Включение вентиля У9 происходит при снижении тока якоря до определенного уровня, после чего СТУ переходит в режим регулирования угла открытия вентилей выпрямителя.

Рабочие характеристики двигателя СДБ 81-4Н с системой ЛРВ и при постоянном токе возбуждения показаны на рис. 7, где приведены кривые коэффициента мощности соБ((р) и тока якоря I, в функции нагрузки на валу машины Р2, значения которых даны в отношении к их номинальным значениям.

Зависимость напряжения от параметров регулирования описывается уравнением

V2U_ ивкл.

Up-[1+ cos (arcsin--(у-фц-'О)]

тс ZnI2V 2

в которое входят следующие значения:

иВКд напряжение включения динистора;

Zjj, фц параметры сопротивления нагрузки в цепи

обмотки W2;

12, у модуль и фаза тока в обмотке W2 относительно

напряжения на входе выпрямителя. Анализ выходных характеристик системы ЛРВ проведен на основе решения уравнений равновесия токов и напряжений в СТУ для трех случаев размещения обмоток на его магнитопроводе. Основные расчетные соотношения для проектирования СТУ получены путем преобразования уравнения для тока в обмотке W2:

>2= "

U3Cj(cot-V3)] Z'o.e^ '

где Ij модуль тока в обмотке Wl;

и'3 модуль напряжения на входе обмотки W3;

fl,^ фазовые углы соответственно тока и

напряжения относительно напряжения на входе выпрямителя; Хц Фд модуль и аргумент сопротивления в цепи

обмотки W3;

Z01,901 модуль и аргумент сопротивления цепи для тока

h-

Исследование опытных образцов, изготовленных на заводе, показывает, что предложенная методика расчета позволяет выбрать значения основных параметров БУ и адекватно отражает изменения, которые необходимо провести для согласования выходной характеристики системы АРВ с регулировочной характеристикой СД.

В пятой главе обобщены результаты исследования опытных разработок систем АРВ, которые прошли промышленные испытания. Длительная эксплуатация на нефтепромыслах ПО ЛЗНЕФТЬ машины серии СДБ с системой АРВ, размещенной в клеммной коробке, показала высокую надежность конструкции системы и эффективность снижения тока якоря машины за счет регулирования тока возбуждения.

Рабочие характеристики БСД с сериесной OB рассмотрены на модели, выполненной на базе машины СДБ 714Н с выпрямителем на кремниевых вентилях типа В-50. В результате использования на машине

системы компаундного возбуждения перегрузочная способность двигателя возрасла иа 50%, а пусковые токи в якорной обмотке снизились на 25%.

В связи с особенностями, которые имеют место в системе возбуждения с расщепленной ОВ при асинхронном вращении ротора, автором разработана новая схема управления пуском СД, где в качестве датчика частоты вращения используется ЯС цепочка. Значения параметров цепочки рассчитываются по алгоритму, в котором учитывается зависимость величины сопротивления конденсатора от частоты тока в его цепи. Включение полупроводникового ключа в такой системе происходит в результате многократного увеличения напряжения на конденсаторе при подсинхронной частоте вращения ротора.

Результаты экспериментальных исследований системы АРВ, нагруженной на расщеп-ленную ОВ, иллюстрированы осциллограммами на рис. 8, где приведены эпюры тока на входе выпрямителя 1_, тока

возбуждения I/-, тока в секции и напряжения на секции

Рис. 8. Эпюры токов и напряжения в системе возбуждения с расщепленной ОВ при угле открытия вентилей полумостового параллельного выпрямителя а>0.

Экспериментальные исследования поведения машины с системой ЛРВ показали, что система не склонна к самораскачиванию при колебаниях нагрузки. Из анализа уравнений следует, что устойчивость работы машины определяется согласованием выходной характеристики системы АРВ с регулировочной характкристикой СД и действием отрицательной обратной связи, которая снижает напряжение на ОВ при емкостном значении коэффициента мощности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Па основании исследования электромагнитных процессов в системе возбуждения БСД с неподвижным ОВ дано обоснование новых схем соединения секций ОВ, обеспечивающих двухполупериодное выпрямление тока возбуждения при подключении к ИПН через полумостовой параллельный выпрямитель. При этом выводы такой расщепленной ОВ подключаются непосредственно к клеммам ИПН, а число секций соответствует числу фаз ИПН.

2. Теоретически и экспериментально исследовано влияние параметров электрических сопротивлений секций ОВ на величину тока возбуждения в системе возбуждения СД с расщепленной ОВ. Установлена зависимость постоянной составляющей тока возбуждения от величины коэффициента магнитной связи между секциями ОВ в машине.

3. Исследованы характеристики машин серии СДБ в режиме генератора и двигателя при соединении секций ОВ по схеме расщепленной ОВ. Показаны преимущества и перспективы использования расщепленной ОВ в качестве независимой и сериесной обмотки возбуждения СМ

4. Составлен алгоритм расчета статических характеристик БСД на основе математической модели, представленной в виде схемы замещения СМ с нелинейными параметрами, который позволяет вести расчет рабочих точек на ЭВМ при заданном значении напряжения ИПН, законе регулирования тока возбуждения и различных степенях насыщения отдельных участков магнитопровода машины.

5. Исследованы методом математического моделирования статические характеристики БСД с сериесной ОВ и насыщенным магнитопроводом. Анализ расчетных и экспериментальных характеристик показывает, что при включении ОВ в цепь якорной обмотки возрастает перегрузочная способность машины и уменьшается зависимость ее характеристик от колебаний фазного напряжения, а при пуске снижаютя пусковые токи в якорной обмотке.

6. Предложен ряд новых схем полупроводниковых систем АРВ, блок управления которых выполнен с использованием СТУ и пороговых элементов, отличающихся малыми габаритами и простотой конструкции.

Разработана методика расчета конструкций системы АРВ и получены выражения для моделирования их характеристик.

Па основе расчетов по предложенной методике на заводе изготовлены опытные образцы рассмотренных систем АРВ, исследование которых показало соответствие их характеристик теоретическим положениям принципа работы системы АРВ с использованием пороговых элементов в блоке управления.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих научных трудах.

1. Безруков В.П. Методика учета магнитных потерь при расчете характеристик неявнополюсного синхронного двигателя // ИзвАН Латв.ССР.Сер. физ. и техн. наук. 1984. №3. С. 112-117.

2. Безруков В.П. Полупроводниовый автоматический регулятор возбуждения синхронных двигателей с управлением на геркоиах // Изв. АН Латв.ССР. Сер. физ. и техн. наук. 1981 № 2. С. 109-113.

3. Безруков В.П. Электропривод переменного тока: А.С. 1184117 СССР, МКИ Н 02 Р 1/50. №3775507/24; Заявл. 29.04.84; Опубл. 07.10.85, Бюл. № 37. 4 с.

4. Безруков В.П. Поляризованное реле: А.С. 773781 СССР, МКИ И

02 Р 51/22. № 2778031/24; Заявл. 23.02.79; Опубл. 23.10.80, Вюл. №39. 2 с.

5. Безруков В.П. Синхронный электропривод: Ас. 1534745 СССР, МКИ II 02 Р 9/14. N°4279240/24; Заявл. 07.07.87; Опубл. 07.0190, Бюл. №1.

4 с.

6. Безруков В.П. Синхронный электропривод: Ас. 1534746 СССР, МКИ II 02 Р 9/14. №4279240/24; Заявл. 07.07.87; Опубл. 07.0190, Бюл. №1.

4 с.

7. Безруков В.П. Синхронный электропривод: Ас. 1646033 СССР, МКИ Н 02 Р 1/50. №4682980/24; Заявл. 27.04.89; Опубл. 30.04.91, Бюл. №16. 4 с.

8. Куцевалов В.М., Безруков В.П. Об активной составляющей сопротивления намагничивающей ветви в схеме замещения электрической машины переменного тока // Изв. АП Латв.ССР. Сер. физ. и техн. наук. 1983. № 1. С. 107-110.

9. Ковалюк ЛА, Куцевалов В.М., Безруков В.П. Характеристики бесконтактных синхронных электродвигателей при различных вариантах упрощенных систем возбуждения // БЭМ Рига: Зинатне, 1978. Вып. 17. С. 130-138.

10. Куцевалов В.М, Безруков В.П., Куцевалов АВ. Использование методологии вычислительного эксперимента в исследовании синхронных машин переменного тока // БЭМ Рига: Зинатне, 1985. Вып. 24. С. 3-20.

11 Безруков В.П, Бопдаренко ВЛ, Иванов Г.Г. Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного атектродвигателя: Ас. 720655 СССР, МКИ II 02 Р 7/30. № 2319629/24; Заявл. 04.02.76; Опубл. 05.03.80. Бюл. № 9. 3 с.

12. Ковалюк Л.А., Безруков В.П. и др. Результаты опытной эксплуатации бесконтактных синхронных двигателей СДБ 814, СДБК 814 и СДБПК 814 // РИТС ВНИИОЭГ. Сер.машипы и нефтяное оборудование. 1977. № 2. С. 19-23.

13. Безруков В.П., Куцевалов В.М, Ковалюк ЛА Устройство для возбуждения электрической машины: Ас. 879729 СССР, МКИ II 02 Р 7/14. № 2783279/24; Заявл. 25.06.79; Опубл. 07.11.81, Бюл. К5 41. 4 с.

14. Безруков В.П, Иванов Г.Г, Куцевалов В.М. Электропривод переменного тока: Ас. 1252891 СССР, МКИ II 02 Р 1/50. № 3766948/24; Заявл. 06.07.84; Опубл. 23.08.86, Бюл. № 31 5с.

15. Безруков В.П, Дзсдонс АЯ. Устройство для пуска синхронного электродвигателя: Ас. 1293813 СССР, МКИ И 02 Р 1/50. № 3909271/24; Заявл. 07.06.85; Опубл. 28.02.87, Бюл. К9 8. 4 с.

26. Безруков В.П., Овчинников • И. Е. и др. Злектропривод переменного тока: Заявка № 4834547/24 СССР; Заявл. 04.06.90; МКИ II 02 Р 1/50; Полож. решение от 1104.91. „ -и