Исследование качества преобразования энергии в системах электропривода с общей сетью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кременчугский государственный политехнический университет

Институт электромеханики, энергосбережения и компьютерных технологий

Криворожский технический университет

исследование качества преобразования энергии в системах электропривода с общей сетью

Киричков В.А., Черный А.П.,

Кальченко А.С., Богодист Ф.Е.

Осадчук Ю.Г.

Введение

В последние годы вопросам качества электроэнергии и ее преобразования электромеханическими преобразователями уделяется все большее внимание. Существующие разработки подтверждают возрастающий интерес к энергетике и ее показателям - мгновенной мощности и ее составляющим. Уже существуют приборы, выполняющие соответствующий анализ. В практике эксплуатации принято считать, что эффективность работы всех электротехнических установок и особенно систем электрического привода, использующих электрическую энергию переменного тока, во многом определяется качеством электрической энергии в сетях питания [1, 2]. Качество используемой электроэнергии определяется существующим межгосударственным стандартом на электроэнергию 13109-97 [3]. Все нормативные документы определяют влияние качества электроэнергии на исправный, электрически и магнитносимметричный электромеханический преобразователь, но только в части увеличения дополнительных потерь и нагрева, что определяет снижение срока службы [1]. Однако обследования производятся для индивидуального потребителя.

Зачастую не принимается во внимание, что в сетях ограниченной мощности, например, цеховых, взаимное влияние, и особенно некачественного потребителя на другие, может оказаться достаточно сильным. Учитывая состояние парка электрических двигателей, некачественность может быть вызвана, с одной стороны, - механическими причинами: износом подшипников, истиранием шейки вала и пр., а, с другой стороны, - электрическими: различием в сопротивлениях отдельно взятых фаз. При этом речь идет не только о различных оммических сопротивлениях, но и сопротивлениях рассеяния, а также сопротивлениях взаимной индукции, определяющих поток в зазоре.

Все эти факторы влияют на общий уровень несимметрии или несинусоидальности питающего напряжения и приводят к неравномерной токовой загрузке фаз машины, изменению гармонического состава тока, появлению знакопеременных составляющих в потребляемой мощности и развиваемом моменте, ухудшению вибрационных и тепловых характеристик. Все это является причиной повышения энергопотребления, снижения надежности и срока службы всего комплекса электропроводов.

Цель работы - разработка математической модели комплекса систем электропривода с общей сетью для исследований процессов качества преобразования энергии и их взаимного влияния.

Материал и результаты исследований

Рассмотрим систему электроснабжения. На рис. 1. показаны однолинейная схема и схема замещения электропривода. Принято, что двигатели подключены к соответствующим ячейкам на общей подстанции, а сеть имеет ограниченную мощность.

а)

б)

Рисунок 1 Однолинейная схема (а) и схема замещения группового электропривода (б)

электропривод сеть преобразование энергия

На рис. 1 обозначены: ТП - трансформаторная подстанция 10/0,4кВ; РЩ - распределительный щит 0,4кВ; Т - силовой трансформатор мощностью 100 кВА; АВ - автоматический выключатель; МП - магнитный пускатель; АД1, АД2 - асинхронные двигатели мощностью 11 кВт каждый; параметры питающих линий приведены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры питающих линий

На основе схемы замещения (рис. 1, б) составим математическую модель в трехфазной системе координат. В векторной форме модель имеет вид:

;

;

;

;

;

; (1)

;

;

;

;

,

где - векторы потокосцеплений, , - сопряженный комплекс тока ротора и векторы фазных токов статора и ротора 1-го (2-го) двигателей; - взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора 1-го (2-го) двигателей; - напряжения сети, точки подключения и напряжения на статорах 1-го (2-го) двигателей соответственно; - эквивалентные активные сопротивления и индуктивности сети и линий питания 1-го (2-го) двигателей; - активные сопротивления статора и ротора 1-го (2-го) двигателей.

Приведенные уравнения позволяют выполнить анализ соответствующих статических и динамических режимов для различных параметров сети и электропривода.

На основе математической модели (1), реализованной в программной среде Turbo Pascal, выполнены исследования влияния несимметрии напряжения сети и электрических параметров обмоток статора АД1 на сеть и на АД2. Для оценки качества преобразования энергии использованы показатели [4, 3]:

- коэффициент несимметрии напряжения сети [3]:

,

где - напряжение прямой и обратной последовательности соответственно;

- коэффициент вариации момента, позволяющий выполнить оценку величины высших гармоник в значение электромагнитного момента:

,

где - среднее значение момента; - мгновенные значения момента на интервале
измерения T;

- коэффициент неравномерности токовой загрузки фаз:

;

- коэффициент некачественности преобразования момента, отражающий ухудшение вибрационных характеристик электрической машины:

.

Результаты исследований на модели и выполненных расчетов, приведенные в табл. 2, 3, показывают, что несимметрия параметров АД значительно ухудшает качество питающего напряжения и влияет на процессы преобразования энергии в электроприводах. Особый интерес вызывает тот факт, что улучшение коэффициента качества питающего напряжения и показателей качества преобразования энергии возможно осуществить простым переключением фаз двигателя, имеющего несимметрию параметров.

На рис. 2 - 4 показаны значения коэффициентов качества преобразования энергии при коэффициенте несимметрии напряжения . - наличие несимметрии параметров по фазе статора АД1: снижение индуктивного сопротивления на 2.5% и активного сопротивления на 15%.

Таблица 2

Коэффициенты несимметрии напряжения сети, вариации и некачественности преобразования момента

Рисунок 2 Значения коэффициента несимметрии напряжения сети при переключении фаз АД1 с несимметрией параметров

Таблица 3

Коэффициенты несимметрии напряжения сети и неравномерности токовой загрузки фаз

Рисунок 3 Значения коэффициента вариации момента при переключении фаз АД1 с несимметрией параметров (-- АД1, - - АД2)

Рисунок 4 Значения коэффициента некачественности преобразования момента при переключении фаз АД1 с несимметрией параметров (-- АД1, - - АД2)

Рисунок 4 Значения коэффициента неравномерности токовой загрузки фаз при переключении фаз АД1 с несимметрией параметров

Выводы

Приведенные результаты моделирования показывают сложный характер энергопроцессов в системах электропривода с питанием от общей сети. Исследования показывают, что ухудшение качества преобразования энергии, при несимметрии параметров одного из двигателей значительно повышает коэффициент несимметрии напряжения сети и вызывает колебания момента другого двигателя. Снижение взаимного влияния электроприводов возможно проведением различных мероприятий, одним из которых является, например, улучшение коэффициента качества питающего напряжения и показателей качества преобразования энергии, возможно осуществить простым переключением фаз двигателя, имеющего несимметрию параметров. Несомненной является необходимость расширения исследований взаимного влияния сети и потребителей, так как этот вопрос является очень важным для расчета надежности и работоспособности электроприводов.

Литература

1. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. К.: Наукова думка, 1985. 268 с.

2. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Вопросы качества электроэнергии в электроустановках. Мариуполь: ПГТУ, 1996. 173 с.

3. ГОСТ 13109-97 Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. К.: Госстандарт Украины. 1999.

4. Родькин Д.И., Черный А.П., Мартыненко В.А. Обоснование критериев качества преобразования энергии в электромеханических системах // Проблемы создания новых машин и технологий. Сб. научных трудов КГПУ: Вып.1. - Кременчуг, 2002. С. 81-85.

5. Иванов В.С., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1987, 336 с.

6. Черный А.П. Определение снижения ресурса асинхронных двигателей по показателям качества преобразования энергии. // Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету, 2004, вип.15. С. 160-168.

Размещено на Allbest.ru