Технические науки / 5. Энергетика

Эм Г.А., Жилин Е.Н.

Карагандинский государственный технический университет,

Республика Казахстан

Имитационное моделирование генераторных режимов работы тиристорного электропривода постоянного тока

в электроприводе постоянного тока преимущественное распространение получила система «тиристорный преобразователь – двигатель» (ТП-Д). Данный тип электропривода достаточно широко применяется в горных машинах и оборудовании, в частности, система ТП-Д используется в шахтных подъемных установках, крановом хозяйстве, угледобывающих комбайнах, буровых станках и др. В процессе эксплуатации указанных машин и механизмов востребован как двигательный, так и генераторные режимы работы. В отличие от двигательного [1,2] генераторные режимы системы ТП-Д, а также динамика перехода системы из двигательного режима в генераторный и обратно в составе регулируемого четырехквадрантного электропривода изучены в недостаточной степени [3,4].

В электроприводе постоянного тока могут быть использованы три возможных генераторных режима: динамическое торможение, режим противовключения и рекуперативный режим (с отдачей энергии в сеть).

Несмотря на значительные потери энергии в токоограничивающих резисторах в связи с достаточной простотой технических решений наиболее широко применяется динамическое торможение. При этом системы динамического торможения обеспечивают эффективное торможение со скорости, близкой к номинальной, в то же время в электроприводах грузоподъемных машин и механизмов, где требуемый диапазон регулирования скорости изменяется от 1:10 до 1:100 [5,6], этот способ в нижней части диапазона малоэффективен. Кроме того, организация динамического торможения требует значительных затрат, связанных с дополнительными схемотехническими решениями в силовой части электропривода и системе управления.

Для ряда машин и механизмов, например, напочвенных канатных дорог и лебедок буровых станков, требуется управление параметров электропривода в генераторных режимах работы при знакопеременном моменте сил сопротивления. Обеспечение приемлемой точности стабилизации скорости и удовлетворительных динамических характеристик электропривода в этих условиях при использовании систем динамического торможения весьма проблематично. Более эффективным является генераторное торможение с рекуперацией энергии в сеть [3,4]. Режим рекуперативного торможения наиболее полно соответствует также энергосберегающим технологиям, не требуя при этом значительных изменений в силовой части электропривода.

Однако практическое использование рекуперативного режима наталкивается на ряд технических трудностей. Так, к нерешенным вопросам применения рекуперативного торможения относится, в том числе, определение реального диапазона существования этого режима по скорости. Кроме того, в приводе, где реализована большая глубина регулирования по скорости, не представляется возможным обеспечение в рекуперативном режиме максимального тормозного момента при малых значениях угловой скорости [3].

С другой стороны, наиболее эффективным способом поддержания стабильной скорости, близкой к ползучей, в генераторных режимах является использование торможения противовключением. В режиме противовключения при малых значениях ЭДС тиристорного преобразователя можно получить непрерывный ток за счет ЭДС двигателя и развить тормозной момент, достаточный для поддержания стабильной скорости, причем величина тока будет изменяться в допустимых пределах. В то же время технологическими условиями работы рассмотренных машин и механизмов востребован реверс, также осуществляемый в режиме противовключения.

Таким образом, для реализации четырехквадрантного электропривода постоянного тока, обеспечивающего стабилизацию скорости как в двигательном, так и в генераторных режимах работы, представляется целесообразным совместное использование генераторных режимов торможения противовключением и с рекуперацией энергии в сеть. При этом, очевидно, при снижении угловой скорости до некоторого граничного значения следует обеспечивать своевременный перевод электропривода из рекуперативного режима работы в режим противовключения [3,4].

Для исследования указанных особенностей генераторных режимов работы тиристорного электропривода постоянного тока была использована программная среда известного ППП MatLab 7.0.1 – Simulink 6.1. Силовая часть имитационной модели имитирует работающую на один вал электромеханическую пару «двигатель-генератор», обе электрические машины – постоянного тока независимого возбуждения. В двигательном режиме генератор является нагрузкой для приводной машины, при переходе в режим рекуперации генератор обеспечивает «подкручивающий» момент.

В ходе имитационного моделирования при изменении «подкручивающего» момента генератора и угла отпирания тиристоров инвертора было получено два семейство механических характеристик (рис. 1).

Рисунок 1

Диапазон угла отпирания тиристоров изменялся от 55° до 0°.

Анализ полученных механических характеристик позволяет сделать вывод о существовании зоны «неприменимости» рекуперативного режима торможения. На рис. 1 обнаруженная зона «неприменимости» рекуперативного режима находится в заштрихованной области, ограниченной пунктирной линией.

Кроме того, наблюдается значительная деформация характеристик при переходе из двигательного режима в рекуперативный. Выявленное уменьшение жесткости характеристик подтверждается также экспериментально.

Таким образом, определены границы области существования рекуперативного режима в тиристорном электроприводе постоянного тока, обусловленные особенностями работы тиристорного преобразователя в инверторном режиме.

Список использованных источников

1. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 560 с.

2. Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие / М.Г. Чиликин, В.И. Ключев, А.С. Сандлер. – М.: «Энергия», 1979. – 616 с.

3. Брейдо И.В., Эм Г.А. Особенности генераторных режимов работы четырехквадрантного тиристорного электропривода постоянного тока // Труды 4-ой Международной науч.-техн. конференции «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях» (23-24 сентября 2004 г., г. Алматы). АИЭС, Алматы, 2004. С.291-293.

4. Эм Г.А. К вопросу о выборе генераторных режимов работы четырехквадрантного тиристорного электропривода постоянного тока // Труды университета. КарГТУ, Караганда. – 2005. – № 4. – С.63-65.

5. Католиков В.Е., Динкель А.Д., Седунин А.М. Тиристорный электропривод с реверсом возбуждения двигателя рудничного подъема. – М.: Недра, 1990. – 382 с.

6. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод: справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 344 с.: ил.