Аракелян А.К., Афанасьев А.А. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод. Книга 2

Подождите немного. Документ загружается.

401

 — угол опережения открывания вентилей инвертора тока;



— угол коммутации вентилей;



— угловая частота колебательного момента,

  6

;



— угловая скорость ВД

Рис. 12.19. Расчетные значения переменной составляющей элеê-

тромагнитного момента ВД:

1 314 

рад/с;



414

м;

  

500

м;



390

м;

  

473

м. 2 —

  295

рад/с. 3 —

  235

рад/с. 4 —

  161

рад/с. 5 —

  100

рад/с;



91

м;

  

154

м;



46

м;

  

м;





эл. град.; - - - - -





эл. град

402

Общее решение соответствующего (12.80) однородного

уравнения







M t

, как уже было оговорено, характеризует

свободные затухающие колебания системы. По истечении

некоторого промежутка времени после начала вынужденных

колебаний, соответствующего переходному режиму, величи-

ной







M t

в пределе





lim

M t





0 можно пренебречь и

считать, что при установившихся вынужденных колебаниях









 

M t M t

12 12

 .

Тогда











M t A t

12 3 3

 sin   , (12.81)

где

 

012

2 2

4 4





























 

 



tg -

2 6 2

sin

  

  

;







012

2 2

 



arctg



Анализ выражения для амплитуды

показывает, что

при 

012

6  амплитуда

A M































tg -

2 6 2

sin

  

и уп-

ругий валопровод будут испытывать максимальную нагрузку,

приблизительно равную амплитудному значению колебатель-

ного момента. Если же 6

012

   , то





A D M

1 































tg -

2 6 2

sin

  

403

т. е. амплитуда колебательного упругого момента составляет

лишь









D M



ср

и резко падает с ростом динамической

вязкости упругого элемента.

Максимальное значение амплитуды колебаний упругого

момента валопровода (

) соответствует угловой скорости

вращения вала вентильного электропривода (совпадающей с

резонансной)





 



012 12

C J

экв

которая меньше собственной циклической частоты 

012

ко-

лебаний системы валопровода в

  

1 12 4

12 12

C J C J

экв экв





раза, и

 

A M J

012

2









































 

с экв

tg -

2 6 2

sin

  

 .

Из этих формул следует, что при 

0 , т.е. при абсо-

лютно жестком валопроводе  

012

 и

  .

Однако такая экстраполяция выражения

неправомер-

на, так как с возрастанием амплитуды колебания перестают

быть малыми и к ним неприменима рассматриваемая линей-

ная теория колебаний инерционных систем [537].

Явления резкого возрастания амплитуды колебаний в уп-

ругом валопроводе под действием колебательного электро-

магнитного момента вентильного двигателя наблюдаются

при приближении циклической частоты колебательного мо-

мента



к значению собственной циклической частоты упру-

гого валопровода 

012

. При этом резонанс можно значи-

404

тельно ослабить путем увеличения вязкого трения гибкого

элемента соединительной муфты. При критическом значе-

нии коэффициента вязкого трения

 





экв



где



— логарифмический декремент затухания,

решение для (12.81) находится в виде

 





 



M t M t te

012

 















ср

sin   ,

из которого следует, что

lim lim

t t

te e

 

 

 

и 





 



012 012

012

2 0 ,

и поэтому даже длительное воздействие на упругий валопро-

вод переменной составляющей электромагнитного момента

ВД, обусловленной высшими гармоническими токов якоря и

находящееся в резонансе с периодом собственных колебаний

валопровода   

, не приводит к дополнительному увели-

чению деформации упругого валопровода, как это имело ме-

сто при кусочно-постоянном воздействии со стороны на-

грузки.

Однако для оценки последствий длительного воздействия

на упругий валопровод переменной составляющей электро-

магнитного момента (период которого на относительно ма-

лых скоростях вала двигателя соизмерим с периодом враще-

ния валопровода системы ВД-механизм) примем во внима-

ние тот факт, что к упругому валопроводу из внешнего ис-

точника (в данном случае ими являются высшие гармониче-

ские, порожденные коммутационным процессом инвертора)

подводится энергия. Мгновенная мощность этой энергии

определяется при данной скорости вала мгновенным значе-

нием колебательного электромагнитного момента, т. е.

405

   

  

P t M tp t





























tg -

2 6 2

sin sin

  

 ,

вызывающего на критических скоростях вынужденные коле-

бания.

Поскольку эта составляющая электромагнитного момента

положительной работы не совершает, то обусловленная







P t

энергия диссипативной функцией системы валопрово-

да расходуется на нагрев последнего:

 

 

W p

12 12

  .

Следовательно, зависимость полной энергии механиче-

ской системы электропривода, находящейся под воздействи-

ем колебательного электромагнитного момента, имеет вид:

   

   

W p M t p dt

12 12

   

ср

sin (12.82)

и приращение этой энергии

   

   

W p M t p dt

  















 

ср

sin

может быть нормировано.

Поэтому будем считать, что при синусоидальном возму-

щающем воздействии вентильного двигателя на механиче-

ское звено электропривода энергия воздействия ограничена,

т. е. интеграл (12.64) перепишется так:

 

 

f t dt W



  . (12.83)

406

В этом случае искомая функция





f t

должна доставлять

максимум интегралу (12.64) при заданном значении интегра-

ла

(12.83)

и уравнении связи (12.62). Составив по известным

правилам[469, 550] промежуточную функцию

 





 





L p M f t p p M f t

       

12 0

2 2

012

2   ,

получим уравнение Эйлера:

 



 

f t

  2 0

откуда следует, что

   

 







 

p M

t p p

012

2    

 



 

 

M t e

C J

012

  























экв

sin , (12.84)

т. е. к наибольшей деформации упругого валопровода при

заданной энергии приводит колебательный момент, изме-

няющийся по закону синуса, амплитуда которого возрастает

по экспоненте, (см рис 12.21).

Поэтому следует ожидать, что в окрестностях рабочих

скоростей   

012

ограниченная по энергоемкости пере-

менная составляющая электромагнитного момента при регу-

лировании скорости механической части электропривода

вверх обусловит сравнительно большие упругие моменты в

соединительном валопроводе, чем при регулировочных ско-

ростях.

 

012

 .

407

Следовательно, расчеты упругого момента механического

звена электропривода, обусловленного добавочными состав-

ляющими электромагнитного момента вентильного двигате-

ля, изложенным методом позволяют сравнительно точно

оценить максимальные нагрузки упругой (зубчатой) муфты

при ее проектировании и исполнении.

Исходные данные для расчетов колебательного упругого

момента и его амплитуды см. приложение 12.6.

Рис. 12.20. Колебания маêсимального упругого момента механиче-

сêого звена элеêтропривода с вентильным двигателем при различ-

ных J

экв



: 1 — J

1экв

кг м 44,

; 2 — J

2экв

кг м 357,

;

экв

кгм 47 6,

;





0 3,

;

- - - - - - -





01,

408

Приложение 12.6

а) синхронный электродвигатель типа СТД—4000—2РУ4:

 4000 кВт;

 4580 кВа;

 6000 В;

3000 об/мин;„

 439 А; J кгм

69 5 , ;

 150 мм; 

 0 56, м;

б) питательный насос типа ПЭ—580—185:

 3200 кВт;

„

м / 580 ч;

 2180 м;

13 5 , кгм

;

 110 мм;

 0 6, м.

в) соединительная муфта

0 98 , кгм

Рис. 12.21. Зависимость маêсимальной амплитуды êолебаний упру-

гого механичесêого звена при различных средних сêоростях враще-

ния валопровода механизма с вентильным двигателем:

1экв

кгм 11 3, ; 2.

2экв

кгм 4 36, ;





0 3, ; - - - - -





01,

„

409

Приложение

Регулируемый электропривод с вентильным двигателем

питательного насоса котлоагрегата ТЭЦ

К электроприводу с ВД для питательного насоса (ПЭН)

кроме норм, предусмотренных действующими правилами

устройств и эксплуатации электроустановок, предъявлялись

требования, обеспечивающие частотный пуск и (при необхо-

димости) автоматическую синхронизацию СД с сетью собст-

венных нужд (СН) электростанции; автоматическое регули-

рование (поддержание) подачи (или напора) воды с высокой

степенью точности в интервале расчетных частот вращения

(3000



2700 об/мин) при условии совместной (параллельной)

работы ПЭН с ВД с группой нерегулируемых ПЭН на общий

коллектор питающий котлоагрегаты воды. Одновременно

система электропривода должна обеспечивать прямой пуск

(или самозапуск) СД и работу в нерегулируемом (синхрон-

ном) режиме с сетевым питанием. В случаях же неисправно-

стей в ПЧ либо при нецелесообразности регулирования, дик-

туемого по технологическим требованиям, система управле-

ния ПЭН должна обеспечивать автоматическое переключе-

ние СД от ПЧ на сеть СН.

Экспериментальная высоковольтная система электропри-

вода ПЭН с синхронным двигателем, включаемым по схеме

вентильного двигателя, разрабатывалась по ряду директив-

ных документов АН СССР, ГКНТ и Минэнерго СССР [359,

384, 565].

П.1. Состав и схема электропривода.

Система опытного образца регулируемого электропривода

(рис. П1) питательного насоса по техническому заданию АО

ВНИИЭ разработана и испытана Чувашским университетом.

Рижским отделением ПКТИ «Теплоэлектропроект» (ныне

«Силтумэлектропроект») разработан рабочий проект, а Мос-

ковским отделением Санкт-Петербургского (Ленинградско-

го) института постоянного тока был разработан и изготов-

410

лен макетный образец тиристорного преобразователя, ко-

торый после экспериментальных исследований и пробной

эксплуатации системы заменен комплектным преобразовате-

лем НИИ НПО «ХЭМЗ». Приводным двигателем является

высоковольтный серийный синхронный двигатель Лысьвен-

ского турбогенераторного завода. Распределительное устрой-

ство (КРУ) с быстродействующими масляными выключате-

лями, с оборудованием управления, защит, автоматики и

сигнализации, а также демпфирующие фильтры разработаны

и изготовлены Московским электромеханическим заводом.

Трансформаторное оборудование, включая нетиповые сгла-

живающие дроссели и серийные токоограничивающие реак-

торы, поставлялись Бакинским заводом сухих трансформато-

ров и заводом «Уралэлектротяжмаш» соответственно. Панели

управления разработаны и изготовлены на Чебоксарском

электроаппаратном заводе (ЧЭАЗ).

Компоновка всего силового электрооборудования реализо-

вана на трехъярусной этажерке из ферменной конструкции,

расположенной рядом с ПЭН, фундаментом которого является

бетонная эстакада высотой 4,5 м. На этой же отметке этажерки

расположен преобразователь с демпфирующими фильтрами, со

шкафом управления и статическим возбудителем. На нулевой

отметке этажерки расположено трансформаторное (тяжелое)

оборудование, а на высшей отметке (9,0 м) — КРУ. Для обслу-

живания оборудования предусмотрены непрерывные проходы

во все помещения с отметки блочного щита (9,0 м) через КРУ

до нулевой отметки этажерки.

Основные техничесêие данные элеêтропривода по рис. П.1

Тип электродвигателя — СТД—4000—2РУ4;

Номинальная мощность, кВт — 4000;

Напряжение питания, В — 6000;

Фазный ток статора, А — 439;

Напряжение возбуждения, В — 102;

Номинальный ток возбуждения, А — 283;

Маховый момент ротора, кг

— 278;

Синхронная частота вращения, об/мин — 3000;

Критическая частота вращения, об/мин — 2400;

КПД, % — 97,5;

cos



(опережающий), от. ед. — 0,9;