Технические науки / 5. Энергетика

Макаренко Н.В., Рябцева Е.А.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Исследование рабочей области рекуперативного режима тиристорного электропривода постоянного тока

В регулируемом электроприводе горных машин достаточно широко применяется тиристорный электропривод постоянного тока (ТЭП ПТ). В частности, ТЭП ПТ используется в шахтных подъемных установках, экскаваторах, крановом хозяйстве, угледобывающих комбайнах, буровых установках и др. В процессе эксплуатации указанных классов машин и механизмов востребован как двигательный, так и генераторные режимы работы.

В настоящее время из генераторных режимов, несмотря на значительные потери энергии в токоограничивающих резисторах, наиболее широко применяется динамическое торможение [1-2]. Более эффективным является торможение с рекуперацией энергии в сеть. Однако практическое использование рекуперативного режима наталкивается на ряд технических трудностей. Так, к нерешенным вопросам применения рекуперативного торможения, в том числе, относится определение реального диапазона существования этого режима по скорости [3].

Для исследования свойств ТЭП ПТ в рекуперативном режиме в программной среде MatLab 7.01 – Simulink 6.1 была разработана имитационная модель, представленная на рисунке 1.

При моделировании использовались характеристики двигателей серии 4ПФ различной мощности, но с одинаковыми номинальными значениями угловой скорости и напряжения якоря. В результате проведенных экспериментов были получены три семейства механических характеристик при изменении угла управления тиристоров инверторной группы от 90° до 130°. На их основе методом компьютерной графики была построена двухполостная объемная фигура, определяющая обобщенную рабочую область рекуперативного режима для указанных двигателей (рисунок 2).

Рисунок 1. Имитационная модель ТЭП ПТ в рекуперативном режиме

Рисунок 2. К определению рабочей области рекуперативного режима

Здесь криволинейная плоскость АВСDEF, разделяющая объемную фигуру на две неравные части, является своеобразной границей между зонами, характеризующими работу электропривода в режимах непрерывного (верхняя часть фигуры) и прерывистых токов (нижняя часть фигуры). Слева от объемной фигуры изображены ее разрезы, выполненные с помощью аксонометрических проекций и соответствующие значениям ω/ω_н=0,25; 0,5; 1 и 1,27.

Анализ результатов имитационных экспериментов показал, что для рассмотренных типов двигателей в режиме рекуперации энергии в сеть:

1. рабочий диапазон угла управления тиристорами инверторной группы составляет α=90⁰…130⁰;

2. жесткость механических характеристик в зоне непрерывного тока увеличивается в 2,6 раза при увеличении мощности электропривода в 3 раза;

3. площадь зоны прерывистых токов соизмерима с площадью зоны непрерывного тока;

4. диапазон регулирования скорости вниз от номинального значения соответствует в основном режиму прерывистых токов;

5. режим непрерывного тока осуществим практически лишь для углов управления от 90⁰ до 110⁰.

Таким образом, рабочая область рекуперативного режима ограничена вниз от основной скорости углом управления тиристоров 90⁰. Очевидно, это объясняется импульсным характером работы и односторонней проводимостью вентиля тиристорного преобразователя: поскольку режим рекуперативного торможения может быть реализован только тогда, когда амплитудное значение ЭДС двигателя превышает мгновенное значение ЭДС источника энергии, это приводит к значительному уменьшению рабочей области рекуперативного режима.

Литература:

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

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

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