Технические науки / 5. Энергетика

Эм Г.А., Ярошенко С.Н., Макаренко Н.В.

Карагандинский государственный технический университет,

Республика Казахстан

К вопросу Исследования тиристорного электропривода с питанием от источника соизмеримой мощности

Электроснабжение тиристорного электропривода ряда горных машин осуществляется от автономных и неавтономных источников мощностью, соизмеримой с мощностью электродвигателя.

Для таких условий характерно значительное (до 40%) изменение амплитуды переменного напряжения питающей сети, что приводит к деформации статических и динамических характеристик электропривода, а также к ложным отключениям, связанным с нарушением работы тиристорного преобразователя.

С целью исследования динамических свойств тиристорного электропривода с питанием от источника соизмеримой мощности была разработана структурная схема электромеханической системы, приведенная на рисунке 1:

Рисунок 1 – Структурная схема электромеханической системы

Структурная схема электромеханической системы включает в себя следующие элементы: ИП – источник трёхфазного напряжения; ТР – силовой трансформатор; ЛЭП – линия электропередачи; УВ – управляемый выпрямитель с системой импульсно-фазового управления; ДПТ – двигатель постоянного тока независимого возбуждения.

На основе структурной схемы была разработана схема замещения электромеханической системы, приведенная на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема замещения электромеханической системы

Предложенная схема разработана с учетом следующих допущений:

– в связи с тем, что сопротивление линии, характерной для случая электроснабжения от источника соизмеримой мощности, является относительно большим, его значение принимаем соизмеримым со значением сопротивления якорной цепи двигателя;

– так как потери на перемагничивание в трансформаторе достаточно малы по сравнению с мощностью электромеханической системы, то в схеме замещения ими пренебрегаем;

– поскольку в реальных условиях, как правило, питание обмотки возбуждения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением не влияет на изменение характеристик электропривода, то считаем изменение магнитного потока от изменения амплитуды питающего напряжения несущественным;

– так как сопротивление тиристоров управляемого выпрямителя в открытом состоянии невелико по отношению к сопротивлению других элементов электромеханической системы, то будем использовать характеристику идеализированного тиристора.

На рисунке 2 представлены следующие элементы схемы замещения электромеханической системы:

U_ТР – напряжение источника питания;

R_ТР – активное сопротивление обмотки трансформатора;

L_ТР – индуктивность обмотки трансформатора;

R_C – активное сопротивление линии электропередачи;

L_C – индуктивность линии электропередачи;

R_Я – активное сопротивление якорной цепи;

L_Я – индуктивность якорной цепи;

Е_Я – ЭДС двигателя.

Рассмотренная схема замещения позволила разработать в пакете прикладных программ MatLab 7.0.1 – Simulink 6.1 имитационную модель электромеханической системы тиристорного электропривода с питанием от источника соизмеримой мощности. Имитационная модель представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Имитационная модель электромеханической системы

В ходе имитационных экспериментов изменялся угол открывания тиристоров управляемого моста в пределах от 1 до 80 градусов и напряжения сети от номинального до 60 процентов номинального. Имитационные эксперименты показали значительное уменьшение скорости идеального холостого хода и жесткости механических характеристик электропривода при снижении напряжения питания. Из результатов имитационных экспериментов следует также, что в режимах пуска электропривода и при изменении его нагрузки несанкционированное закрытие тиристоров из-за превышения значения ЭДС якоря двигателя над выпрямленным напряжением сети, обусловленное падением напряжения в сети, приводит к размыканию электрической цепи. При этом тиристоры закрываются, а сигнал датчика тока, поступающий в систему регулирования, близок к нулю. Это приводит к резкому увеличению выходного сигнала регулятора скорости. С исчезновением тока в цепи якоря напряжение сети начинает превышать значение ЭДС якоря двигателя и тиристоры, при наличии управляющего воздействия, открываются. Поскольку выходное напряжение регулятора тока очень велико, это приводит к возрастанию ЭДС якоря и превышению его значения над выпрямленным значением напряжения сети. Последнее вновь приводит к несанкционированному закрытию тиристоров. система входит в автоколебательный режим. Таким образом, типовые настройки регуляторов для таких условий неприменимы.

Литература

1. Breido I., Маkаrenkо N. Boundaries of D.C. electric drive stability at power supply from comparable power source // Materialy IV mezinarodni vedecko-prakticka konference «Vedecke myslene inflacniho stoleti – 2008» (15-31 brezen 2008 roku). Dil 10. Technicke vedy: Praha. Publishing House “Education and Science” s.r.o. S.62-64.

2. Сен П. Тиристорные электроприводы постоянного тока: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 232 с.: ил.

3. Каверин В.В. Преобразовательная техника: Учеб. пособие. – Караганда: Изд-во КарГТУ, 2005. – 100 с.