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

431

хронного двигателя СТД, равного номинальной и преобразо-

вательного агрегата ПЧВС, приводят к необходимости вы-

полнения следующих условий, возлагаемых на систему

управления ПЧВС, см. рис. П.2:

а) обеспечение работы СТД с номинальным потокосцеп-

лением воздушного зазора во всем диапазоне изменения на-

грузки питательного насоса и регулирования скорости

( Д

макс

 2 1: ):

  

н

const . (П.2)

б) обеспечение работы СТД с опережающим коэффици-

ентом мощности, близким к паспортному (cos

н

  0 9, ); т. е.

обеспечивающим достаточную реактивную мощность для

реализации надежной коммутации тока в инверторе ПЧВС:

 

Q p I I P

d d q q

  

3

2

1 1 1 1

   

p н н

tg . (П.3)

Если условия (П.2) и (П.3) выполняются системой управ-

ления, то развиваемый двигателем максимальный (номи-

нальный) электромагнитный момент определяется при про-

чих равных условиях, углом между вектором ЭДС двигателя

и током статора:

3

2

3

2

1 1 1 1

p I M p I

m

 

 

 

н н н н

cos cos  , (П.4)

где   

1 1н н н

  ;   

1 1

 

1

— задаваемые датчиком по-

ложения ротора;

Р —

число пар полюсов синхронного двигателя.

Судя по последнему соотношению, вектор полного пото-

косцепления (потокосцепления воздушного зазора) при из-

менении нагрузки (угла нагрузки



) скользит по окружности

радиуса

R

ок

 



.

432

Рис. П.10. Структурная схема комплектного электропривода серии ПЧВС. U U U U

fd

ув увдд у у

; ; ;



—

сигналы управления (задания) выпрямителя; датчика давления; задания тока возбуждения; управле-

ния инвертора соответственно; РС, РТ, РТВ — регуляторы скорости и токов статора и ротора при-

водного двигателя; k k k k

I

1

; ; ;

  м

— постоянные (передаточные) коэффициенты соответствующих

переменных;













W p W p W p

ff f

вп

; ;



— передаточные функции звена постоянного тока преобразова-

теля, контура обмотки возбуждения и гибкой обратной связи; НЗ — нелинейное звено; e

в

— эдс

выпрямителя; U

и

— напряжение (противоэдс) инвертора

432

433

Так как электромагнитный момент СТД в системе вен-

тильного двигателя пропорционален площади треугольника,

образованного векторами  



,

q

и 

d



(рис. 10.2), то на-

стройка регуляторов САР должна быть подчинена цели обес-

печения получения максимальной площади, при работе пи-

тательного насоса в окрестностях синхронной скорости и ре-

гулирование этой площади в диапазоне регулирования ско-

рости по закону:

 

M M

c cн

















0

2

, (П.5)

где

M

cн

, 

0

— номинальный момент и синхронная угловая

скорость двигателя СТД;



— текущая угловая скорость ротора.

Следовательно, задавшись диапазоном регулирования на-

пора приводимого насоса, определяются минимальные и

максимальные значения электромагнитного момента СТД

или его компонентов, как тока возбуждения (

I

ff

) или про-

странственного угла между ЭДС и током якоря двигателя,

задаваемого системой регулирования (или поддержания) —



1

:

 

M M

c cн

Д

 













1

2

, (П.6)

где Д — диапазон регулирования скорости (напора) пита-

тельного насоса, Д =

0

min



.

На основании векторной диаграммы (рис. 10.2) с учетом

соотношений по (П.4) и (П.6), получаем зависимости основ-

ных переменных: токов, напряжений и потокосцеплений

системы электропривода в статическом режиме в функции

регулируемой скорости:

434

(П.7)

где

L

ad

,

L

aq

— индуктивности взаимоиндукций по осям

d

и

q

;

L L L

ad d d

 



;

L L L

aq q q

 



;

L

d

,

L

q

,

L

d



,

L

q



— пол-

ные индуктивности и индуктивности рассеяния по осям

d

и

q

синхронного двигателя;

L

ff

— собственная индуктивность обмотки возбуждения;

k

f

— коэффициент,

k M L

f f ff

 ;

M

f

— максимальное значение взаимной индукции меж-

ду обмоткой возбуждения и фазой статора,

M L

f af



3

2

.

Ток якоря (статора) синхронного двигателя

I I I

d q

1

2 2

  , с учетом составляющих по (П.7) будет:

 

I

L

M

p

L

M

p

I

M

p

L

M

p

I

L

M

p

L

L I

L L

k

M

p

d

aq

q

aq

ff

aq

ff f

ad aq

f





































































1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

4

2

4

2

4

2

4

2

4

0

сн

2

сн

2

сн

2

сн

2

н

2

Д

;

































2

,

435

 

I

M

p

1

2

1

3 2



сн

Д





cos

, (П.8)

где 



— потокосцепление воздушного зазора,

 

 

 

1

2 4 44 2

m

E

k f

,

об

,

E

m

— эдс вращения статорной обмотки, индуктирован-

ной полем вращающего ротора, при

r

1

0 ;

E U

m m

 B ;

f

— частота тока индуцированной эдс,

f p







p

2

, Гц;

k

об

— обмоточный коэффициент,

k

об

 0 98, — 1,0;

M

сн

— номинальный момент сопротивления на валу дви-

гателя, обусловленный соотношением:

M

P

н



10

3

0



.

Зависимость тока возбуждения ротора от момента сопро-

тивления определится из (П. 7) с учетом необходимых под-

становок:

 

i

M

p

L

I

L L M

L p

f

aq

f

ad aq

af

















1

3 2

1

3 2

4

2

4

2

0

сн

2

сн

2

Д



 



 

. (П.9)

Составляющие и полное потребные потокосцепления

синхронного двигателя определяются из соотношений пото-

косцеплений СД в осях

d

и

q

:



d d d af f d d d d f ff

L I L I L I L I M I

    

 к

;



q q q q q q q

L I L I L I

  



.

436

С учетом (П. 7) находятся составляющие потокосцепле-

ния сначала для закона управления с   

1

const :

 





 



 



 



d

f ff f d

d d

aq

q

aq

k L I p M L L L

M

p

L

p

p M L

M

p

L

p



 

















0

3 2 1

1

3 2

3 2 1

1

3 2

2

4

2

4

2

4

2

  





 



сн

2

сн

2

сн

2

Д

;

.

(П.10)

Поток реакции якоря   

1

2 2

 

d q

согласно (П. 10) будет:

 





 

 

 



 



1

2

4

2

4

2

4

2

3 2 1

1

3 2

0





  















L p M

k L I p M L L L

M

p

L

p

q

f ff f d

d d

aq

 

  





сн

2

сн

2

сн

2

Д

.

Для случая же управления при 



 const зависимости от

нагрузки составляющих 



d

и 



q

, которые, как и в случае

управления с 

1

 const , характеризуют условия работы син-

хронного двигателя в схеме питания от ПЧВС. Из известной

векторной диаграммы и с учетом (П. 7) и (П. 10) можно за-

писать значения новых составляющих потокосцеплений син-

хронного двигателя:

437

 



 





 



d

f ff f

aq

q

aq

k L I p

M

p

L

p

M L

M

p

L

p



















0

3 2

1

3 2

1

3 2

2

4

2

4

2

сн

2

сн

2

Д

;

.

(П.11)

Соответственно потокосцепление в воздушном зазоре

синхронного двигателя будет:   

  

 

d q

2 2

.

Составляющие напряжения статора при

r

1

0 будут:

    

   











U I r

d

dt

I r

U I r

d

dt

I r

d d q d q

q q d q d

1 1

 









p

;

,

(П.12)

а с учетом соотношений (П. 7) и (П. 10) окончательно опре-

делятся из уравнений:

   

 

 

 

 

 

U

M M r L p L

M

p

L

p

U

M r p

k L I p M L L L

M

p

L

p

d

aq q

aq

q

f ff f q q q

aq

 







  



























сн сн p

сн

2

сн

p сн

сн

2

Д Д

Д

1 1 3 2

1

3 2

1 3 2

3 2 1

1

3 2

2 2

1

4

2

1

2

4

2

4

2

0



 



 

   



 



 



;

.







(П.13)

438

Напряжение статора

U U U

d q

1

2 2

  с учетом (П.13) будет:

 

U

r M

p

L

M

p

d

1

2

1

3 2

1

3 2

 



























сн

p p

сн

Д Д





 



  . (П.14)

Коэффициент мощности синхронного двигателя опреде-

лится из известного выражения

cos ,







M I r

U I

с p

3 2

1

2

1

1 1

а с учетом выражения

I

1

из (П.8) и

U

1

из (П.14), последнее

уравнение при 

1

0 перепишется в виде:

 





 

cos .

р





 

 







































p сн

сн

p

сн

Д

Д Д

 



M r p

M r

p

L

M

p

d

1 3 2

1

3 2

1

3 2

2

1

2

1

2

(П.15)

Угол нагрузки, согласно известной векторной диаграммы,

находится из выражения:









 



 

   



 

arctg

Д

сн

M L p

k L I p M L L L

q

f ff f d q d

1 3 2

3 2 1

2

4

2

0

 

.

(П.16)

Регулировочные статические характеристики синхронного

двигателя СТД—4000—2РУ4 питательного насоса для управ-

ления при  

1

0 6 ; , рассчитанные по исходным данным

системы электропривода (см. П.1) и по соотношениям

(П.7)—(П.16) приведены на рис. П.11П.16.

439

Рис. П.11. Расчетные статические характеристики ВД при регулиро-

вании скорости вращения насоса с



1

0 0 ,

: а — зависимости со-

ставляющих напряжения статора от момента статического сопро-

тивления; б — то же составляющих тока статора.









U f M I M

 

c c

, 

при законе регулирования



1

 const .

то же при законе регулирования





 const .

440

Рис. П.12. Расчетные статические характеристики ВД при регулиро-

вании скорости вращения насоса с



1

0 0 ,

: а — зависимости осе-

вых составляющих потокосцеплений от момента статического со-

противления; б — то же с учетом реакци якоря.











M M

c c

и 

при законе регулирования



1

 const .

то же











M M

c c

и 

при





 const .

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

Подождите немного. Документ загружается.