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

Подождите немного. Документ загружается.

Схема исследуемого каскада может предусматривать и

автоматическое регулирование возбуждения СМ. В простей-

шем случае оно реализуется посредством компаундирующей

обмотки СМ, включаемой в цепь входного тока инвертора.

Поэтому целесообразно

выразить через ток возбужде-

ния.

E L I

m ad

0 1





 ,

где



- приведенный к статору ток возбуждения с учетом

компаундирования







 

I k I kI

f f

;

- ток возбуждения холостого хода;





- коэффициент приведения для линеаризован-

ной характеристики холостого хода;

- коэффициент компаундирования.

Угловая частота ротора СМ определяется при условии



по (10.29):

 





 





   

L I L L

d q

1 1

cos

cos sin 

а ток статора  по (10.31):

 





I U L

m m q

1 1 1

 



sin cos    .

Связь между

устанавливается соотношением

[503]





I I

  

и п

Исключая из (10.29) угловую частоту с учетом значений

тока возбуждения и связи между

получаем:

 

L I

L L L L

ad f

q d q ad





   

1 1

 

 

 

sin

cos sin sin sin



  

(10.119)

где

k k k

 .

По уравнению (10.119) можно построить зависимость





I f

  для различных токов возбуждения с учетом компа-

ундирования. Подставляя значения



в (10.116) и

(10.117), находим значение скольжения, с которым угловая

частота СМ связывается соотношением:





  

p S

1 .

Момент СМ определяется по (10.28).

Исключив из (10.28) с помощью (10.29) угловую частоту

и положив



, получим угловую характеристику СМ в

каскадной схеме включения:





 

M p

L I

СМ









 



























1 1

sin cos cos

cos sin sin

 

 

.(10.120

Для неявнополюсной машины





L L

d q

 (10.120) сущест-

венно упрощается:





 

M p

L I

СМ







cos

sin cos



  . (10.121)

Из (10.121) следует, что момент, развиваемый СМ, равен

нулю при

  0

и 



  .

Максимальный момент определится из исследования

(10.121) на экстремум





M p

L I

СМ макс

































2 4 2 4

sin cos







, (10.122)

что соответствует углу нагрузки 

макс

 

 

4 2

При этом каскад развивает момент, равный максималь-

ному.

По выражению (10.120) для определенных



можно рассчитать

СМ

Момент, развиваемый каскадом, определится как













M S M S M S

 

АД СМ

(10.123)

В связи с вышеизложенным рекомендуется следующий

порядок расчета механических характеристик:

1. Для заданного синхронного двигателя строится кривая





I f



 

для различных  [503].

2. По (10.119) для заданных  и

строится зависимость





I f

  .

3. С помощью (10.117) и (10.116) определяется скольже-

ние

. По (10.118) определяется скольжение холостого хода

4. По выражениям (10.110) и (10.120) определяются

M S

АД

( ) и

M S

СМ

( ) .

5. Подсчитывается момент каскада по (10.123).

На рис. 10.34 приведены расчетные и экспериментальные

статические механические характеристики каскада (см. При-

ложение 10.3.1) для   0;   45 и 60 эл. град.;

 1 2, А;



и универсальной зависимости









f I

[503].

Рис. 10.34. Механические характеристики каскада

Приложение 10.3.1

Асинхронный двигатель с контактными кольцами типа

АК-61-4

 10 кВт ;

 380В ;

 21 6 37, / А;

 1400 об/мин;

207 В;

31 А;

 63 2, Нм;   

макс

2 2, ;

 1 74, ;

07 , Ом;

0167 , Ом;

034 ,

Ом;

0 237 , Ом.

Синхронный двигатель (использован генератор) типа 

ÑÃÑ

 6 25, ;

 5 кВт ;

 230 В ;

 1500 об/мин;

 15 7, А;

 1 6, А;

 50 Гц ; cos ,  0 8 .



0 0217, Гн, L



0 0133, Гн,  

0 0057, Гн,

 

00173, Гн,



 0 005, Гн, L



0 0084, Гн, L



0 0167, Гн,



6 8, Ом, x



4 2, Ом,  

1 8, Ом,  

5 4, Ом,



 1 55, Ом, x



5 25, Ом, x



2 65, Ом.

Коэффициент приведения токов





 

53 7

1 6

33 6

, .

10.3.2. Асинхронный электромеханический каскад с вентиль-

ным двигателем статорного включения

Схема асинхронного электромеханического каскада с

вспомогательным вентильным двигателем статорного вклю-

чения по рис. 10.35, а [361] может оказаться наряду с извест-

ными [360, 518] целесообразной для систем электроприво-

дов, в которых решающее значение имеют: экономичность

регулирования скорости при постоянстве мощности внешней

нагрузки, бесконтактность и надежность электрических ма-

шин, возможность их взаимного резервирования, отсутствие

высших гармонических тока в сети, обусловленные коммута-

циями в выпрямителе.

Электромеханический каскад состоит из асинхронного с

короткозамкнутым ротором и синхронного электродвигате-

лей, валы которых жестко соединены, а статорная обмотка

АД разомкнутыми концами (пофазно) через выпрямительно-

инверторный полупроводниковый преобразователь нагружает

синхронный двигатель. Последний работает в режиме вен-

тильного двигателя, поскольку его якорная обмотка, возбуж-

денная главным полем, является одновременно датчиком для

синхронизации инвертора (И), вентили которого коммути-

руются ЭДС этой обмотки в такт с вращением ротора. Часть

электрической энергии, подводимой к зажимам АД, преобра-

зуется вентильным двигателем в механическую и передается

на общий вал каскада [345].

Рис. 10.35. Функциональная схема асинхронного электромеха-

нического каскада с вентильным двигателем статорного включения

(а) и схема замещения (б)

В схеме каскада используется положительная жесткая

обратная связь по входному току инвертора, действующая на

канал возбуждения СД как автоматическая компенсация

продольной реакции якоря (компаундирование), которая

обусловлена током нагрузки синхронной машины. Примене-

ние управляемого выпрямителя в звене постоянного тока

преобразователя позволяет обеспечить расширение диапазо-

на регулирования скорости каскада с одновременным сни-

жением установленной мощности вспомогательного син-

хронного двигателя [518]. Этот выпрямитель используется

при пуске каскадов сравнительно большой мощности, обес-

печивая искусственную коммутацию инвертора на малых

скоростях, когда индуцированная ЭДС в якорной обмотке

СД недостаточна для реализации естественной коммутации

вентилей. Каскады малой и средней мощности пускаются

прямым подключением АД к сети с одновременным закора-

чиванием выпрямителя через пусковое сопротивление. По

достижении каскадом скорости, обеспечивающей естествен-

ную коммутацию инвертора, шунтирующей входную цепь

инвертора, пусковое сопротивление отключается.

Для установления основных свойств каскадной схемы

асинхронного двигателя с полупроводниковым преобразова-

телем и синхронным двигателем в его первичной цепи рас-

смотрим эквивалентную схему контуров фаз статоров и ро-

торов электрических машин, предполагая совпадение осей

фаз статора и ротора АД и полную трансформаторную связь

между обмотками. Вынося отдельные параметры АД за пре-

делы фаз, получим Т-образную эквивалентную схему АД, а

приводя все величины, характеризующие вторичный контур

АД, якорные цепи и цепи ротора СД, к первичному контуру

АД, приведем к эквивалентной схеме рис. 10.35, б, для кото-

рой справедливы векторные диаграммы рис. 10.36.

Предположим, что при трапецеидальной форме токов

статорных цепей АД и СД нагрузочный ток во вторичной

цепи АД будет синусоидальным, соответствующим первой

гармонике тока первичной цепи, а ток в звене постоянного

тока  идеально сглаженным. Это допущение обусловливает

синусоидальное распределение МДС вдоль воздушных зазо-

ров электрических машин с симметричными статорными об-

мотками. Магнитные цепи машин принимаются ненасыщен-

ными.

Рис. 10.36. Векторная диаграмма асинхронного электродвигателя (а)

и синхронного (б) в схеме электромеханического каскада

Пренебрегая токами и ЭДС высших гармонических в

электрических цепях машин и аппроксимируя выпрямитель

и инвертор непрерывно, напишем уравнение равновесия на-

пряжений для контура с током

I U U U

  

c дв вx

  .

Принимая за вещественную ось направление вектора на-

пряжения сети (



)

и учитывая явление коммутации венти-

лей выпрямителя и связанный с ней сдвиг по фазе на угол



первой гармоники тока



относительно входного напряже-

ния выпрямителя



вx

найдем:

  

( )

U U e U e

с дв вx

 

 

 

 

(10.124)

где



U U

c c

 - вектор напряжения сети, его действующее зна-

чение;

 

( )

U e I Z

дв

 



 

1 1

- вектор фазного напряжения,

приложенного к статорной обмотке асинхронного двига-

теля;

Z R j X r r j x x s

1 1 1 1 2 1 2

      ( ) - полный импеданс

АД, приведенный к первичному контуру;

 

;

( )

U e

U S

I e U S

вх c

сx.в

 

 

  

- вектор на-

пряжения на входе выпрямителя;

U k U S I r R n U

п cx.и п д экв

    

1 1

1( ) cos ( )

  - на-

пряжение, приложенное к выходу выпрямителя,

k k

cx.в cx.и

, - коэффициенты схем выпрямителя и инвер-

тора:

I k I I

i m

 

1 1

 ( )

- ток звена постоянного тока -

входной ток инвертора;

- коэффициент приведения тока ЗПТ к статорной

обмотке АД.

При линеаризации процесса коммутации выпрямителя [337]





 

 

 

3 3

2sin / cos 

при 

b i

 0 0 0 907, ( ) , ,

где





- поправка на угол сдвига основной гармоники тока

статора (трапецеидального) АД относительно неиска-

женной (синусоидальной) формы кривой тока;

 - угол коммутации при линеаризации коммутацион-

ного процесса выпрямителя,    

( );1

b i

 2 2 1

0 5

( )

- поправочный коэффициент;

,0 5

- значение коммутационного тока на половине

периода коммутации 

















;

 





( )

sin /



4 3

при  

 0 0 11, ( ) , - коэффици-

ент пропорциональности между входным и выходным

токами инвертора;

- амплитудное значение первой гармоники тока

якоря СД;

R r

э к в







cos - неприведенное сопротивление

дросселя ЗПТ и эквивалентное активное сопротивление

якоря СД [13];

- активное сопротивление фазы якорной обмотки СД;

- коэффициент приведения сопротивлений ЗПТ к об-

мотке статора АД [337],

  

1542 19 0 5

( )

( ) cos /

; ( ) , cos ( , );



 

в в

( ) sin ( ) sin   





в в в

    

























4 3 4

при 

 0,

 0 514, ;

- амплитуда первой гармоники фазного напряжения

обмотки якоря СД;



- падение напряжения на открытом вентиле инвер-

тора (выпрямителя);

- число одновременно открытых вентилей;

r r x x

1 2 1 2

, , ,  - активные и индуктивные сопротивления

рассеяния обмотки статора и приведенные обмотки ро-

тора АД;