Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ВЛИЯНИЕ ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА НА СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ЭТОГО ВЛИЯНИЯ



Регулируемый вентильный электропривод постоянного тока при своей работе оказывает неблагоприятное воздействие на сети электроснабжения. Это выражается в снижении коэффициента мощности, напряжения сети и искажении синусоидальной формы напряжения.

Снижение коэффициента мощности увеличивает реактивную мощность системы электроснабжения, что приводит к дополнительным потерям напряжения и энергии и требует увеличения пропускной способности ее элементов.

Искажение вентильными электроприводами синусоидальной формы напряжения сети и появление вследствие этого высших гармоник напряжения оказывает неблагоприятное воздействие на другие электротехнические устройства, присоединенные к этой сети. Это выражается в повышенном нагреве электродвигателей, снижении их мощности и КПД, усилении вибрации и шума при их работе [39].

Наличие высших гармоник напряжения нарушает также работу устройств автоматики, защиты и сигнализации, создает помехи в линиях связи. Несинусоидальность напряжений и токов приводит к дополнительным погрешностям приборов, измеряющих действующие значения токов, напряжения и мощности. Несинусоидальное напряжение оказывает также отрицательное воздействие и на батареи конденсаторов, применяемые для компенсации реактивной мощности, вызывая их перегрузку по току и напряжению.

а) Коэффициент мощности вентильного электропривода постоянного тока

При регулировании скорости ДПТ независимого возбуждения с помощью вентильных преобразователей напряжения коэффициент мощности электропривода определяется двумя факторами: углом сдвига j1 1-й (основной) гармоники потребляемого из сети тока относительно напряжения сети и коэффициентом искажения v этого же тока

(3.52)

где

(3.53)

(3.54)

В этих выражениях I–действующее значение потребляемого из сети тока; I1 –действующее значение 1-й гармоники этого тока; a, g соответственно углы управления и коммутации вентилей; m – число фаз вентильного преобразователя.

Из приведенных выражений следует, что коэффициент мощности вентильного электропривода постоянного тока зависит от скорости ДПТ, определяемой углом управления a, и его нагрузки, от которой зависит угол коммутации g.Снижение скорости (увеличение диапазона регулирования) или увеличение нагрузки приводит к уменьшению коэффициента мощности электропривода.

Зависимость cosj от относительной скорости при номинальной нагрузке на валу ДПТ характеризуется кривой, приведенной на рис. 3.25. Из рис. 3.25 видно, что уменьшение коэффициента мощности происходит пропорционально снижению скорости, т.е. увеличению диапазона регулирования.

Это видно также и из следующего приближенного выражения для коэффициента мощности при регулировании скорости

(3.55)

где w0 – скорость идеального холостого хода, соответствующая Ed.

При регулировании скорости с одинаковым временем работы ДПТ на каждой скорости при Мс=const зависимость средневзвешенного циклового коэффициента мощности cosjр,ц от диапазона регулирования D показана на рис. 3.26.

б) Искажение формы напряжения сети вентильными электроприводами постоянного тока

На рис. 3.27 в качестве примера показана диаграмма напряжения сети, от которой питается электропривод с трехфазным мостовым тиристорным преобразователем. Искажение напряжения вызывается наличием угла коммутации g, когда имеют место кратковременные короткие замыкания на входе вентильного преобразователя, и угла управления а.

Несинусоидальные напряжения и ток можно представить суммой гармонических составляющих (гармоник) напряжения и тока. Спектр гармоник напряжения и тока может быть представлен в виде бесконечного ряда гармоник с номерами n=km±l, где k=1, 2, 3 … – ряд натуральных чисел, т – число коммутаций за период питающего напряжения (эту величину также называют фазностью выпрямления или пульсностью).

Для трехфазных мостовых симметрично управляемых преобразователей т=6 и спектр высших гармоник следующий: n=5, 7, 11, 13 ...

Действующие значения основной и высших гармоник переменного тока вентильного электропривода могут быть определены по следующим приближенным формулам:

Относительные значения амплитуд высших гармоник (п>1) напряжения могут быть определены по следующим выражениям [39]:

(3.56)

где

Здесь d=xс/(xс+xт) – коэффициент связи, xс реактивное сопротивление системы энергоснабжения на основной частоте, xт реактивное сопротивление трансформатора вентильного преобразователя.

За базисное напряжение в этих формулах принимается амплитуда линейной ЭДС системы энергоснабжения

Несинусоидальность напряжения оценивается нормируемым коэффициентом несинусоидальности

в) Способы повышения коэффициента мощности и уменьшения несинусоидальности тока и напряжения

В настоящее время разработаны и используются несколько способов снижения неблагоприятного влияния на сеть вентильных электроприводов.

1. Эффективным средством решения проблемы является применение фильтрокомпенсирующих (ФКУ) и фильтросимметрирующих (ФСУ) устройств, обеспечивающих одновременно компенсацию реактивной мощности, фильтрацию высших гармоник, уменьшение отклонений и колебаний напряжения и его симметрирование по фазам. Эти устройства целесообразно размещать в узле подключения вентильного электропривода.

Фильтрокомпенсирующие и фильтросимметрирующие устройства состоят из управляемого компенсатора УК, обеспечивающего регулирование реактивной мощности, и энергетических фильтров Ф, которые служат для фильтрации высших гармоник тока электропривода, а также компенсации реактивной мощности. Схемы некоторых ФКУ приведены на рис. 3.28.

Энергетические фильтры Ф представляют собой последовательные индуктивно емкостные LC резонансные цепи, настроенные на частоты высших гармоник вентильных электроприводов (нагрузок). Число параллельно включенных резонансных цепей фильтров должно быть таким, чтобы коэффициент несинусоидальности напряжения был не более 5 %, т.е. kнс£5 %. Для каждой высшей гармоники используется свой фильтр.

Реактивная мощность, генерируемая фильтром п - й гармоники, определяется выражением

где U1»0,95 Uл – напряжение основной гармоники линейного напряжения сети Uл; Спемкость фильтра п - й гармоники.

Суммарная реактивная мощность всех фильтров определяет постоянную составляющую Компенсируемой реактивной мощности.

Регулирование компенсируемой мощности осуществляется с помощью УК, который обычно состоит из реактора L2, управляемого с помощью тиристорного преобразователя ТП (рис. 3.28). При закрытых тиристорах ТП реактивная мощность реактором не потребляется и генерируемая ФКУ реактивная мощность равна мощности фильтров Ф.

При открытии тиристоров ТП реактор начинает потреблять реактивную мощность, в результате чего отдаваемая в сеть мощность будет определяться разностью мощности, генерируемой фильтрами, и мощности, потребляемой реактором,

2. Один из простых и экономичных путей снижения потребляемой реактивной мощности связан с выбором законов и способов управления вентильными преобразователями электроприводов. Рассмотрим коротко сущность некоторых из них.

Поочередное управление преобразователями. Его суть состоит в таком управлении преобразователями, чтобы при их работе преобладали предельные выпрямительные и инверторные режимы с максимальными или минимальными углами управления, характеризующиеся малым потреблением реактивной мощности. Например, при последовательном соединении двух преобразователей их углы управления изменяются поочередно таким образом, чтобы у одного из них угол был минимален или максимален, а регулирование напряжения на ДПТ происходило за счет изменения угла управления другого преобразователя.

В нереверсивных электроприводах, где не требуется изменение полярности на ДПТ, при таком управлении один из преобразователей может быть выполнен на неуправляемых вентилях (диодах), что равносильно работе этого преобразователя с нулевым углом управления.

Эффект снижения потребления реактивной мощности электроприводом с поочередным управлением иллюстрирует рис. 3.29. На диаграмме показаны зависимости относительной реактивной "мощности Q*=Q/Рdном от степени регулирования напряжения Ud/Udmax трехфазного мостового преобразователя при обычном симметричном управлении – кривая 1 и поочередном управлении – кривая 2.

Как видно, потребление реактивной мощности при поочередном управлении существенно меньше; особенно при глубоком регулировании напряжения.

Несимметричное управление преобразователями. Оно обычно применяется при параллельном соединении преобразователей. При таком управлении также используется преобладание предельных углов управления параллельно соединенных преобразователей, но это преобладание чередуется во времени. Изменение потребления реактивной мощности при таком управлении для одного из действующих электроприводов показывает кривая 3 на рис. 3.29.

Искусственная коммутация вентилей преобразователей. В преобразователях с естественной коммутацией вентилей, когда моменты их открывания и закрывания определяются напряжением сети, полная компенсация реактивной мощности практически невозможна. В то же время использование принудительной, искусственной коммутации вентилей позволяет создавать преобразователи не только без потребления реактивной мощности, но, при необходимости, даже с отдачей ее в сеть. Такие преобразователи с cosj=l обычно называют компенсированными, а с опережающим cosj – компенсационными.

Наиболее рационально использование составных преобразователей, одна из частей которых выполнена с искусственной, а другая с естественной коммутацией.

3. Традиционные способы компенсации реактивной мощности, потребляемой вентильными электроприводами постоянного тока и другой нагрузкой (асинхронными двигателями, трансформаторами и т.д.), связаны с использованием различных компенсирующих устройств. К их числу относятся синхронные двигатели и компенсаторы, батареи конденсаторов, а также тиристорные источники реактивной мощности.

Синхронные двигатели (СД) являются эффективным и удобным средством компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения. Выполняя свою основную функцию приводного электродвигателя, СД одновременно могут генерировать в сеть реактивную мощность, т. е. работать с опережающим cosj. Это обеспечивается соответствующим регулированием их тока возбуждения

Синхронные компенсаторы (СК) представляют собой СД, работающие без нагрузки. Их основная функция состоит только в регулировании реактивной мощности в системе электроснабжения.

Конденсаторы представляют собой специальные емкости, предназначенные для выработки реактивной мощности. По своему действию они эквивалентны перевозбужденным СД и СК. Конденсаторы по сравнению с другими источниками реактивной мощности имеют такие преимущества, как малые потери реактивной/ мощности, простота монтажа и эксплуатации. К их недостаткам следует отнести зависимость генерируемой мощности от напряжения, недостаточную прочность при перегрузках по току и напряжению, а также ухудшение их работы в сетях с повышенным содержанием высших гармоник.

Тиристорные источники реактивной мощности строятся с использованием компенсационных преобразователей, имеющих искусственную коммутацию вентилей. Такой преобразователь имеет на стороне выпрямленного тока реактор (индуктивный накопитель энергии) или батарею конденсаторов (емкостный накопитель энергии). Сочетание преобразователя с реактивным элементом позволяет создать устройство для регулирования реактивной мощности в системе энергоснабжения,

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.