Аракелян А.К., Афанасьев А.А. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод. Книга 1

Подождите немного. Документ загружается.

321

С увеличением частоты вращения продолжительность

каждого очередного цикла изменения напряжения

со-

кращается, что приводит к резкому уменьшению продолжи-

тельности и последующему вырождению второго участка

циклов. На осциллограммах (рис. 7.3, 7.4) этот участок отсут-

ствует, начиная с третьего цикла. После исчезновения второ-

го участка сокращение продолжительности циклов возможно

только за счет первого участка, в результате чего ток

на-

чинает уменьшаться, не достигнув заданного уровня. Для

устранения указанного явления нужно увеличить скорость

нарастания тока

путем или увеличения напряжения

п1

если позволяет СМП, или шунтирования на этом интервале

специальным тиристором индуктивностей в цепи постоянно-

го тока преобразователя.

Рис. 7.4. Расчетные осциллограммы пуска синхронного двигателя:

— входные, u

, i

— выходные величины инвертора; M

—

электромагнитный момент;



— частота вращения синхронной

машины

322

При пуске рассматриваемым способом, когда в цепь по-

стоянного тока периодически включаются две фазы первич-

ной обмотки ПТ, возможен переход его магнитной цепи в

насыщенное состояние. Для оценки магнитного состояния

сердечника ПТ определяются намагничивающие токи от-

дельных фаз:

 

i x k i

i x x k i

A a

B b

C c



 

   











15 16

;

; , (7.18)

где вторичные токи фаз ПТ (фазные токи обмотки якоря

СМ) рассчитываются по формулам:

i x x x x

 













 













 













 























2 14 5 14

cos sin

;

 

(7.19)

Индуктивность взаимоиндукции ПТ находится из его маг-

нитной характеристики, у которой за намагничивающий ток

принимается наибольший из намагничивающих токов фаз.

Расчетные кривые, характеризующие процесс пуска син-

хронного двигателя СД102—8 мощностью 75 кВт с пред-

включенным ПТ мощностью 100 кВА типа ТС100/0,5 при

постоянном моменте сопротивления на валу, равном

0,25

, показаны на рис. 7.3, 7.4. Коэффициент трансфор-

мации ПТ (

) был принят равным единице, кратность пус-

кового тока

 2,5 . Параметры расчетной модели имели

следующие значения:

 0 06, Ом;



мГн;

R R

fd fq

c c

  0

(последовательные обмотки возбуждения отсутствовали);

max

 1 кОм;

min

 0 005, Ом;

T r C

c c c

  



0 4 10

, с ;

323







Ф;

 2 5, ;

п1

150 В;

п2

90 В;

п3

150  В;

3 ;

114 , ;

0 ;   

0 1

18  

вк

(начальное поло-

жение ротора при



принято совпадающим с его положе-

нием при включении первого вентиля ММП). Из рис. 7.4

видно, что в конце шестого прерывания входного тока ин-

вертора (

 0 198, с) электрическая частота вращения ротора

достигает 

, 90 36

-1

( 

, 0 288 о.е.), которое достаточ-

но для перехода на естественную коммутацию. При этом

шунтирование сглаживающего дросселя не производилось.

Практически на всем рассчитанном интервале пуска маг-

нитная цепь ПТ насыщена, поскольку, начиная с времени

 0 0208, с (рис. 7.5) индуктивность

близка к насыщен-

ному значению

0 55 10 



, Гн (ее ненасыщенное значе-

ние  0 766 10

, 



Гн).

Рис. 7.5. Взаимная индуктивность и намагничивающие токи про-

межуточного трансформатора

324

Форма тока во вторичной обмотке ПТ (форма якорного

тока СМ) существенно отличается от формы тока первичной

обмотки (выходного тока инвертора). В моменты прерыва-

ния первичного тока вторичный ток не равен нулю, причем

в целом вторичный ток значительно превосходит первичный

(напомним, что коэффициент трансформации

 1). Эта

разница в токах обмоток вызывает, с одной стороны, появ-

ление больших намагничивающих токов в фазах ПТ (рис.

7.5) и, как следствие, насыщение магнитной цепи ПТ, с дру-

гой стороны, приводит к форсировке электромагнитного

момента СМ и, тем самым, к увеличению интенсивности ее

разгона. Аналогичный расчет для ПТ с линейной магнитной

цепью (при отсутствии магнитного насыщения) показывает,

что ток во вторичной обмотке уменьшается (при малом зна-

чении тока



формы первичного и вторичного тока в фазах

близки друг к другу) и, в результате, разгон получается менее

интенсивным — в конце шестого прерывания имеем



, 67 16

-1

вместо 90,36

-1

при насыщенном ПТ.

Несмотря на значительный намагничивающий ток ПТ(его

номинальный уровень у данного ПТ составляет 8 А), во вто-

ричной обмотке развиваются напряжения, которые обеспечи-

вают необходимый фазовый сдвиг якорного тока СМ относи-

тельно ее ЭДС вращения, что видно из рис. 7.3, 7.5

Важнейшее значение для успешного пуска СМ имеет ре-

жим первого цикла прерывания. Если перед пуском сердеч-

ник ПТ имеет значительный остаточный магнитный поток,

то на первом цикле пуска наблюдается быстрое уменьшение

вторичного тока ПТ. Ампер-секундная площадь этого тока

оказывается недостаточной для реализации начального дви-

жения ротора (мал электромагнитный момент СМ). Второго

и последующих циклов уже не будет — пуск не состоится.

Аналогичная картина наблюдается при относительно мед-

ленном увеличении напряжения

в процессе пуска. Опыт-

ные и расчетные данные показывают, что для реализации

пуска с наличием остаточных потоков сердечников тех

фаз ПТ, которые включаются согласно в цепь постоянно-

го тока, необходимо выполнение одного из следующих ме-

325

роприятий: 1) предварительный поворот ротора на 

ме-

ханических радиан, который обеспечивает начальное вклю-

чение этих же фаз при противоположном направлении тока

в них; 2) пуск с последующим снижением напряжения

на

первом цикле (см. рис. 7.4), вызывающим затягивание про-

текания вторичного тока ПТ; 3) предварительное размагни-

чивание сердечников ПТ.

Рис. 7.6. Опытные осциллограммы пуска синхронного двигателя

при шунтировании сглаживающего дросселя дополнительным тири-

стором: u i u i

п п A B

, , ,

— входные и выходные величины инвертора;

u i

a а

— напряжение и ток якоря

Пуск СМ типа ОС—72—У2 мощностью 30 кВт соответст-

венно при шунтировании и без шунтирования сглаживающе-

го дросселя ПЧ дополнительным тиристором (рис. 7.1) ил-

люстрируют опытные осциллограммы на рис. 7.6 и 7.7. Ис-

пользование шунтирующего тиристора позволяет резко

уменьшить интервалы спада и нарастания входного тока ин-

вертора при его коммутации на начальном этапе разгона

машины. Отпирающие импульсы на шунтирующий тиристор

подаются по сигналам ДПР и датчика тока в моменты начала

«гашения» тока

. Снижение тока дросселя вызывает наве-

дение в нем ЭДС самоиндукции, обусловливающей отпира-

326

ние шунтирующего тиристора (при наличии отпирающего

импульса в его цепи управления) и быстрое нарастание тока

в нем до величины тока дросселя. С этого момента ток

становится равным нулю, а ток в шунтирующем тиристоре

совпадает с относительно медленно спадающим током дрос-

селя. В паузу, когда ток

отсутствует, производится пере-

ключение вентилей ММП. При смене знака выходного на-

пряжения СМП (СМП переходит в выпрямительный режим)

ток

быстро возрастает до значения тока дросселя, а ток

шунтирующего тиристора с такой же скоростью снижается

до нуля и указанный тиристор закрывается.

Рис. 7.7. Опытные осциллограммы пуска синхронного двигателя без

шунтирования сглаживающего дросселя дополнительным тиристо-

ром (обозначения те же, что и на рис. 7.6)

Из сравнения осциллограмм рис. 7.6 и 7.7 следует, что

включение шунтирующего тиристора сравнительно слабо

влияет на процесс разгона СМ. В обоих случаях интенсив-

ность разгона и время выхода СМ на установившийся режим

примерно одинаковы. Однако на второй осциллограмме (см

рис. 7.7) затягивание нарастания тока

после его очередно-

327

го прерывания приводит к некоторому небольшому локаль-

ному спаду скорости вращения, т.е. разгон СМ менее равно-

мерен.

Следовательно, режим пуска с использованием шунтиро-

вания сглаживающего дросселя ПЧ более предпочтителен.

Характер изменения тока во вторичной обмотке транс-

форматора (верхние кривые осциллограмм) в обоих случаях

одинаков.

Рис. 7.8. Схема пуска синхронного двигателя от непосредственного

преобразователя частоты

328

Следует заметить, что рассматриваемая СМ (типа ОС—

72—У2) имеет сравнительно большое активное сопротивле-

ние фазы обмотки якоря (

 0 089, Ом). Поэтому вторичный

ток ПТ (при постоянстве первичного) спадает до нуля на

первом цикле прерывания и меняет знак на втором цикле.

Это обстоятельство вызывает снижение темпа разгона маши-

ны на некотором внутреннем участке интервала пуска.

С целью оценки влияния активного сопротивления вто-

ричной цепи ПТ на характер разгонного режима СМ были

произведены опытные пуски с разными значениями указан-

ных сопротивлений.

Осциллограммы на рис. 7.9 характеризуют пуск СМ типа

СД—102—8 мощностью 75 кВт от непосредственного преоб-

разователя частоты, работающего в режиме инвертора тока,

через ПТ (рис. 7.8) при последовательном включении в цепь

каждой фазы СМ дополнительного активного сопротивления



 01, Ом.

Рис. 7.9. Пуск синхронной машины с искусственно увеличенным

активным сопротивлением якоря от непосредственного преобразо-

вателя частоты через промежуточный трансформатор (обозначения

кривых — из рис. 7.8)

329

Это сопротивление в 1,7 раза превышает собственное актив-

ное сопротивление фазы обмотки статора (

 0 059, Ом). Из

осциллограммы видно, что кривая изменения скорости вра-

щения имеет характерную площадку, как и в осциллограм-

мах рис. 7.6, 7.7. Вторичный ток ПТ сравнительно быстро

уменьшается до нуля на первом шестидесятиградусном ин-

тервале совместной работы мостов М3 и М4 (рис. 7.8).

Осциллограмма на рис. 7.10 получена при отсутствии

внешних активных сопротивлений во вторичной цепи. У

кривой скорости вращения ротора практически нет внутрен-

него участка с замедлением интенсивности разгона машины.

Этот факт является следствием близости форм кривых токов

в первичной и вторичной обмотках ПТ — вторичный ток пе-

реходит через нуль почти одновременно с первичным.

Рис. 7.10. Пуск синхронной машины с типовым значением актив-

ного сопротивления якоря от непосредственного преобразователя

частоты через промежуточный трансформатор (обозначения кривых

— из рис. 7.8).

При разгоне крупных СМ, у которых активные сопротив-

ления обмоток статора относительно малы, следует ожидать

еще более благоприятной формы вторичного тока ПТ.

330

Выводы

1. При пуске СМ наблюдается значительное насыщение

магнитной цепи ПТ, которое однако не приводит к ухудше-

нию основных показателей пуска.

2. Наличие остаточного магнитного потока у ПТ может

существенно затруднить пуск СМ. Для устранения нежела-

тельного влияния этого потока необходимо обеспечить спе-

циальный характер изменения входного напряжения инвер-

тора на начальном цикле формирования пускового тока.

3. Для равномерного интенсивного разгона синхронной

машины на этапе искусственной коммутации целесообразно

шунтирование сглаживающего дросселя преобразователя час-

тоты специальным тиристором по сигналам датчиков поло-

жения ротора и нулевого тока.

4. Активное сопротивление вторичной цепи промежуточ-

ного трансформатора оказывает влияние на форму вторично-

го тока на начальных циклах искусственного прерывания

входного тока инвертора. Это влияние, вызывающее сниже-

ние интенсивности разгона синхронной машины, сравни-

тельно велико при пуске синхронных машин малой мощно-

сти, у которых относительно большое активное сопротивле-

ние обмотки статора.

7.3. Комбинированный способ пуска синхронной машины

7.3.1. Постановка задачи

Изложенный выше частотный пуск синхронной машины

(СМ) с промежуточным трансформатором (ПТ) по схеме

вентильного двигателя с датчиком положения ротора (ДПР)

связан с недостатками двух видов: 1) остаточный магнитный

поток ПТ может существенно ослабить электромагнитный

момент СМ и сделать невозможным ее запуск; 2) для орга-

низации режима искусственной коммутации вентилей пре-

образователя частоты (ПЧ) с автосинхронизацией ротора СМ

принципиально необходим ДПР. Эти затруднения снимают-

ся, если СМ будет выходить на критическую скорость вра-

щения путем асинхронного пуска от ПЧ, выходная частота

которого должна быть не меньше критической (2...5 Гц) и