Содержание к диссертации
Введение
1. Сравнительный анализ преобразователей числа фаз (ПЧФ)... 9
1.1. Классификация ПЧФ. Сравнение способов преобразования числа фаз на основе анализа эксплуатационных условий и общих требований к ПЧФ 9
1.2. Обобщенная схема статических электромагнитных преобразователей числа фаз (ЭМПЧФ). Основные уравнения, характеризующие ЭМПЧФ при симметрии трехфазного тока 20
1.3. Сравнение характеристик ЭМПЧФ 38
1.4. Выводы 45
2. Анализ режимов работы эмпчф при асимметрии трехфазного тока 47
2.1. Напряжения на элементах ЭМПЧФ 47
2.2. Перегрузочная способность двигателей, питаемых от ЭМПЧФ 52
2.3. Цусковой режим двигателей, питаемых от ЭМПЧФ 63
2.3.1. Вывод соотношений для пускового режима дроссельно-конденсаторного и трехэлементного ЭМПЧФ 65
2.3.2. Вывод соотношений для пускового режима АТС ПЧФ и ПЧФ системы В.Н.Лисунова 69
2.3.3. Сравнение пусковых свойств ЭМПЧФ ^
2.4. Выводы 91
3. Разработка методов расчета ступеней регулирования ЭМПЧФ ... 92
3.1. Геометрические места комплексной электрической проводимости нагрузки ЭМПЧФ 93
3.2. Общие вопросы теории расчета ступеней регулирования ЭМПЧФ 97
3.3. Алгоритм расчета ступеней регулирования ЭМПЧФ при питании одиночного двигателя 104
3.4. Алгоритм расчета ступеней регулирования ЭМПЧФ при питании группы параллельно включенных двигателей
3.4.1. Анализ области проводимости нагрузки 114
3.4.2. Определение параметров эквивалентной схемы замещения...П9
3.5. Алгоритм расчета ступеней регулирования ЭМПЧФ, предназначенного для питания нескольких групп двигателей 129
3.6. Блок-схема программы расчета ступеней регулирования ЭМПЧФ 135
3.6.1. Алгоритм расчета емкостей секций конденсаторов по заданным емкостям ступеней регулирования конденсаторной батареи 139
3.7. Выводы 147
4. Автоматическое симметрирование трехфазного тока на выходе ЭМПЧФ 148
4.1. Анализ способов контроля асимметрии трехфазного тока 148
4.2. Зависимость фазных токов от параметров фазосмещающих элементов ЭМПЧФ 149
4.2.1. Зависимость фазных токов от параметров фазосмещающих элементов дроссельно-конденсаторного и трехэлементного ПЧФ 151
4.2.2. Зависимость фазных токов от параметров фазосмещающих элементов автотрансформаторно-конденсаторного ПЧФ 152
4.3. Регулирование параметров фазосмещающих элементов в функции разности фазных токов 158
4.4. Выводы 163
5. Автотрансформаторно-конденсаторный преобразователь числа фаз с тиристорной системой автоматического симметрирования ...165
5.1. Анализ условий работы силовых вентилей
5.2. Система автоматического симметрирования
5.3. Результаты экспериментального исследования опытных образцов автотрансформаторно-конденсаторных преобразователей числа фаз с тиристорной системой автоматического симметрирования для питания цускойского электроинструмента 183
5.3.1. Исследование пусковых свойств. 184
5.3.2. Определение перегревов двигателей 190
5.3.3. Оценка перегрузочной способности электроинструментов 194
5.3.4. Оценка асимметрии и несинусоидальности выходных токов и напряжений 196
5.3.5. Исследование работы системы автоматического симметрирования 207
5.4. Выводы 212
Заключение 213
Литература 215
Приложения
- Классификация ПЧФ. Сравнение способов преобразования числа фаз на основе анализа эксплуатационных условий и общих требований к ПЧФ
- Перегрузочная способность двигателей, питаемых от ЭМПЧФ
- Алгоритм расчета ступеней регулирования ЭМПЧФ при питании одиночного двигателя
- Зависимость фазных токов от параметров фазосмещающих элементов ЭМПЧФ
Введение к работе
Дальнейшее увеличение объема всех видов железнодорожных перевозок, предусмотренное "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", требует роста пропускной и провозной способностей на грузонапря-женных направлениях, повышения скоростей движения. Следствием этого является возрастание объема и требований к качеству работ по ремонту и текущему содержанию железнодорожного пути. Эти работы относятся к числу наиболее трудоемких, поэтому министерством путей сообщения им уделяется большое внимание в плане "Комплексной программы сокращения ручного труда на железнодорожном транспорте на базе всемерной механизации и автоматизации производственных процессов и внедрения прогрессивной технологии (указания МПС № 1122 от 29.05.81, № 608 от 21.02.83, № 2986 от 29.09.83). С целью неуклонного роста уровня механизации и производительности труда при производстве путевых работ подразделения служб пути непрерывно пополняются электрифицированными инструментами и механизмами. Цри этом со всей остротой встает вопрос электроснабжения путевых работ.
Основным источником электроэнергии при текущем содержании пути до настоящего времени являются переносные электростанции типов АБ-2Т и АБ-4Т. Стоимость вырабатываемой ими электроэнергии высока-согласно калькуляции стоимости машино-смен на путевые машины и механизмы № ЦПГ 129 от II.10.74 стоимость I киловатт-час составляет 0,47 руб. для АБ-2Т и 0,33 руб. для АБ-4Т. Согласно [51] этот показатель может быть вдвое выше. Большая масса электростанций. АБ-2Т и АБ-4Т, соответственно 105 и 172 кг, создает существенные неудобства при их эксплуатации. Кроме того, они требуют наличия квалифицированного обслуживающего персонала, горюче-смазочных материалов и т.д. Использование переносных электростанций вызвано отсутствием необходимого количества трехфазных сетей напряжением 220 В, причем, наряду с высокой стоимостью и неэкономичностью таких сетей имеются технические трудности при их сооружении, связанные с необходимостью прокладки кабеля к точкам подключения на станциях с разветвленной путевой структурой, влиянием контактной сети и высоковольтных ЛЭП продольного электроснабжения на низковольтные линии, располагаемые на опорах контактной сети [51] . Поэтому, существенным шагом в направлении повышения механизации и производительности работ по текущему содержанию пути является использование разветвленных однофазных, в частности осветительных, сетей, имеющихся на каждой станции. В ряде случаев может оказаться целесообразным сооружение на перегонах продольных ЛЭП 220 В по системе один провод-рельс, фи электроснабжении путевых работ от однофазных сетей возникает необходимость в преобразователях числа фаз (ПЧФ), так как основными потребителями энергии являются трехфазные асинхронные двигатели электроинструментов. К этим преобразователям предъявляются жесткие требования в отношении массы, габаритов и качества получаемой электроэнергии. В то же время опыт эксплуатации существующих ПЧФ показал, что неудовлетворительное качество электроэнергии на их выводе вызывает недопустимое ухудшение пусковых и рабочих характеристик двигателей электроинструментов. Так, например, серийно выпускаемые преобразователи типа ПФС различных модификаций не обеспечивают необходимые перегрузочную способность и пусковой момент в условиях нестабильности питающего напряжения, что привело к весьма ограниченному их использованию в путевом хозяйстве.
Изложенные выше соображения говорят об актуальности создания ПЧФ, обладающих необходимыми характеристиками. По оценкам, произведенным для Октябрьской и Юго-Западной ж.д., вооружение путевых бригад такими преобразователями позволяет только без сооружения дополнительных линий сократить парк передвижных электростанций на (30 40)%. Отметим также, что на железнодорожном транспорте проблема преобразования однофазного тока в трехфазный возникает при питании вспомогательных машин подвижного состава переменного тока. В настоящее время здесь применяются вращающиеся асинхронные расщепители фаз [44т48, 65,бб] , имеющие неудовлетворительные характеристики, что приводит к необходимости завышения установленной мощности вспомогательных машин, а также достаточно частому выходу из строя [44,47,64,65,71,92,93] .
Помимо железнодорожного транспорта необходимость питания трехфазной нагрузки от однофазных сетей через ІШ возникает в таких областях народного хозяйства как лесная промышленность [12,31,69] , сельское хозяйство [50], строительство и коммунальное хозяйство [5] и т.п.
Приведенные выше соображения объясняют значительный интерес к преобразованию однофазного тока в трехфазный большого числа исследователей как в нашей стране, так и за рубежом. Литература по этому вопросу весьма обширна. Опубликованные в настоящее время работы содержат описания большого числа схем ПЧФ [5,13,44,80,81, 99-102,105] , их классификацию [5,13,21] , данные сравнительного анализа [13,21,42-44] , результаты испытаний [15,16,82] . Рассмотрены также вопросы симметрирования трехфазной системы на выходе ПЧФ [7,8,10,75] и улучшения характеристик асинхронных двигателей, питаемых от этих преобразователей [6,62,91,103] .
Наличие указанных материалов значительно облегчает выбор рационального способа преобразования числа фаз и методов исследования. Как показал сравнительный анализ, приведенный в разделе І.Г, применительно к электроснабжению путевых работ лучшими технико-экономическими показателями обладают статические электромагнитные преобразователи числа фаз (ЭМПЧФ). Существует большое число схем ЭМПЧФ [5,13,15,23,24] , однако, результаты известных исследований в этой области не позволяют выбрать из них наиболее эффективную. С этой целью необходимо более детально учесть особенности конструк 8 пий , характера нагрузки и условий эксплуатации сравниваемых ІНІ. Для повышения качества получаемой от ЗМІНІ электроэнергии необходимо осуществлять симметрирование выходного трехфазного тока
[5,26,28,54,75] . В то же время вопрос разработки эффективной системы автоматического симметрирования для этих преобразователей не получил удовлетворительного решения. Именно эта причина вызывает недопустимое ухудшение характеристик питаемых от ЗМІНІ двигателей. Повышение эффективности системы автоматического симметрирования возможно на базе применения силовых полупроводниковых приборов, в частности тиристоров. ЗМІНІ с тиристорной системой автоматического симметрирования является качественно новым устройством, для которого необходима разработка новых принципов симметрирования и методов расчета элементов преобразователя. При этом требуют учета особенности работы питаемых ими асинхронных двигателей, так как нагрузка является элементом цепей симметрирования ЗМІНІ [28]. Наибольшие затруднения вызывает отсутствие удовлетворительных методов расчета ЗМІНІ, предназначенных для питания групп параллельно подключаемых двигателей, несмотря на то, что такая нагрузка является наиболее характерной для преобразователей рассматриваемого класса.
Целью диссертационной работы является создание статического преобразователя числа фаз для питания путейского электроинструмента, обеспечивающего заданные требования к качеству электроэнергии.
Основное содержание диссертации состоит в выборе наиболее рационального способа преобразования числа фаз на основе анализа условий работы ІНІ при текущем содержании пути и исследования статических электромагнитных преобразователей как при симметричном, так и несимметричном режимах работы, разработке методов и программ расчета ЗМІНІ, исследовании способов автоматического симметрирования трехфазного тока на их выходе, а также в разработке тиристорной системы автоматического симметрирования ІНІ для питания путейского электроинструмента. Здесь уместно отметить, что система автоматического симметрирования оказывает принципиальное влияние на технико-экономические показатели ЭМПЧФ в целом. Поэтому, возможность применения того или иного способа симметрирования и удобство его схемной реализации является одним из критериев сравнения указанных преобразователей. Вследствие этого, в диссертационной работе окончательный выбор силовой схемы ЭМПЧФ был осуществлен лишь после разработки принципов автоматического симметрирования и соответствующих им методов расчета ЭМПЧФ по материалам разделов I.- 4.
При решении поставленной в диссертации задачи получен ряд результатов, отличающихся научной новизной и представляемых, в связи с этим, к защите:
1. Разработаны методы, алгоритм и программа расчета ступеней регулирования фазосмещающих элементов статических электромагнитных преобразователей числа фаз.
2. Установлен новый принцип автоматического симметрирования трехфазной системы напряжений на выходе указанных преобразователей.
3. Разработан новый статический электромагнитный преобразователь числа фаз с тиристорной системой автоматического симметрирования.
Классификация ПЧФ. Сравнение способов преобразования числа фаз на основе анализа эксплуатационных условий и общих требований к ПЧФ
Изложенные выше соображения говорят об актуальности создания ПЧФ, обладающих необходимыми характеристиками. По оценкам, произведенным для Октябрьской и Юго-Западной ж.д., вооружение путевых бригад такими преобразователями позволяет только без сооружения дополнительных линий сократить парк передвижных электростанций на (30 40)%. Отметим также, что на железнодорожном транспорте проблема преобразования однофазного тока в трехфазный возникает при питании вспомогательных машин подвижного состава переменного тока. В настоящее время здесь применяются вращающиеся асинхронные расщепители фаз [44т48, 65,бб] , имеющие неудовлетворительные характеристики, что приводит к необходимости завышения установленной мощности вспомогательных машин, а также достаточно частому выходу из строя [44,47,64,65,71,92,93] .
Помимо железнодорожного транспорта необходимость питания трехфазной нагрузки от однофазных сетей через ІШ возникает в таких областях народного хозяйства как лесная промышленность [12,31,69] , сельское хозяйство [50], строительство и коммунальное хозяйство [5] и т.п.
Приведенные выше соображения объясняют значительный интерес к преобразованию однофазного тока в трехфазный большого числа исследователей как в нашей стране, так и за рубежом. Литература по этому вопросу весьма обширна. Опубликованные в настоящее время работы содержат описания большого числа схем ПЧФ [5,13,44,80,81, 99-102,105] , их классификацию [5,13,21] , данные сравнительного анализа [13,21,42-44] , результаты испытаний [15,16,82] . Рассмотрены также вопросы симметрирования трехфазной системы на выходе ПЧФ [7,8,10,75] и улучшения характеристик асинхронных двигателей, питаемых от этих преобразователей [6,62,91,103] .
Наличие указанных материалов значительно облегчает выбор рационального способа преобразования числа фаз и методов исследования. Как показал сравнительный анализ, приведенный в разделе І.Г, применительно к электроснабжению путевых работ лучшими технико-экономическими показателями обладают статические электромагнитные преобразователи числа фаз (ЭМПЧФ). Существует большое число схем ЭМПЧФ [5,13,15,23,24] , однако, результаты известных исследований в этой области не позволяют выбрать из них наиболее эффективную. С этой целью необходимо более детально учесть особенности конструк 8 пий , характера нагрузки и условий эксплуатации сравниваемых ІНІ. Для повышения качества получаемой от ЗМІНІ электроэнергии необходимо осуществлять симметрирование выходного трехфазного тока [5,26,28,54,75] . В то же время вопрос разработки эффективной системы автоматического симметрирования для этих преобразователей не получил удовлетворительного решения. Именно эта причина вызывает недопустимое ухудшение характеристик питаемых от ЗМІНІ двигателей. Повышение эффективности системы автоматического симметрирования возможно на базе применения силовых полупроводниковых приборов, в частности тиристоров. ЗМІНІ с тиристорной системой автоматического симметрирования является качественно новым устройством, для которого необходима разработка новых принципов симметрирования и методов расчета элементов преобразователя. При этом требуют учета особенности работы питаемых ими асинхронных двигателей, так как нагрузка является элементом цепей симметрирования ЗМІНІ [28]. Наибольшие затруднения вызывает отсутствие удовлетворительных методов расчета ЗМІНІ, предназначенных для питания групп параллельно подключаемых двигателей, несмотря на то, что такая нагрузка является наиболее характерной для преобразователей рассматриваемого класса.
Целью диссертационной работы является создание статического преобразователя числа фаз для питания путейского электроинструмента, обеспечивающего заданные требования к качеству электроэнергии. Основное содержание диссертации состоит в выборе наиболее рационального способа преобразования числа фаз на основе анализа условий работы ІНІ при текущем содержании пути и исследования статических электромагнитных преобразователей как при симметричном, так и несимметричном режимах работы, разработке методов и программ расчета ЗМІНІ, исследовании способов автоматического симметрирования трехфазного тока на их выходе, а также в разработке тиристорной системы автоматического симметрирования ІНІ для питания путейского электроинструмента. Здесь уместно отметить, что система автомати 9 ческого симметрирования оказывает принципиальное влияние на технико-экономические показатели ЭМПЧФ в целом. Поэтому, возможность применения того или иного способа симметрирования и удобство его схемной реализации является одним из критериев сравнения указанных преобразователей. Вследствие этого, в диссертационной работе окончательный выбор силовой схемы ЭМПЧФ был осуществлен лишь после разработки принципов автоматического симметрирования и соответствующих им методов расчета ЭМПЧФ по материалам разделов I.- 4. При решении поставленной в диссертации задачи получен ряд результатов, отличающихся научной новизной и представляемых, в связи с этим, к защите: 1. Разработаны методы, алгоритм и программа расчета ступеней регулирования фазосмещающих элементов статических электромагнитных преобразователей числа фаз. 2. Установлен новый принцип автоматического симметрирования трехфазной системы напряжений на выходе указанных преобразователей. 3. Разработан новый статический электромагнитный преобразователь числа фаз с тиристорной системой автоматического симметрирования.
Перегрузочная способность двигателей, питаемых от ЭМПЧФ
Кривая I на этих рисунках относится к LC ІЗЧФ и рассчитана по (16),(17), кривая 2 соответствует AT С ШФ (26),(27), а кривая 3 -ІНІ Лисунова и АТС ІНФ (34),(35) и (40),(41). Как следует из анализа этих кривых, при 0,5 cosy 0,8 ПЧФ Лисунова и АТС ШФ потребляют из сети ток, меньший по отношению к остальным ПЧФ при большем коэффициенте мощности cos уо . Наиболее рациональный режим для этих преобразователей достигается при C0sy3 = 0»?07 когда cos 0 = I, и из сети не потребляется реактивная мощность. При cos у- 0,707 потребляемая из сети реактивная мощность носит индуктивный, а при C0svf3 0,707 - емкостный характер. LC ПЧФ и ATUC ПЧФ при cos vp3 I потребляют из сети реактивную мощность индуктивного характера, однако, эти преобразователи обладают высоким коэффициентом мощности: cos\po 0,87 при cosy» 0,5. Если коэффициент мощности нагрузки находится в пределах 0,5 cosf, 0,8, то преимуществом по величине потребляемого тока и коэффициента мощности обладают ПЧФ Лисунова и АТС ПЧФ. 1. Наиболее перспективными применительно к электроснабжению путевых работ являются электромагнитные преобразователи числа фаз со ступенчатой тиристорной системой автоматического симметрирования, имеющие наименьшую по отношению к иным ПЧФ массу. 2. Наличие потерь в дросселях повышает установленную мощность преобразователей, содержащих эти элементы, на (10-5-15)%. Ввиду малости потерь в конденсаторах при определении установленной мощности ими можно пренебречь. 3. Величина установленной мощности ЭМПЧФ зависит от коэффициента мощности нагрузки cos f3 и возрастает при увеличении последнего от 0,5 до I. 4. Мощности фазосмещающих элементов определяются наибольшим значением коэффициента мощности нагрузки, мощность дросселя зависит также от числа ступеней регулирования. 5. Более выгодными являются те ПЧФ, которые содержат автотрансформатор, подключаемый непосредственно к однофазной сети, что дает возможность компенсировать отклонения входного напряжения путем переключения отпаек. В тех ІНФ, где такая возможность отсутствует, нестабильность входного напряжения настолько существенно влияет на работу нагрузки, что целесообразно устанавливать входной автотрансформатор для стабилизации напряжения, питающего ІИФ. фи этом установленная мощность ШФ возрастает на 15-20%. 6. Все рассмотренные ШІ в наиболее вероятном диапазоне изменения коэффициента мощности нагрузки (0,5 0,85) работают с высоким коэффициентом мощности однофазной сети (0,87 1). 7. Любой из рассмотренных ЭМШФ не требует изменения существующей схемы включения обмоток двигателей. 8. По совокупности таких требований, как наименьшая установленная мощность, наименьший потребляемый ток, наибольший коэффициент мощности однофазной сети, наименьшее число элементов при коэффициенте мощности нагрузки costp 0,8 следует отдать предпочтение АТС ШФ. При соб 3 0,8 наилучшими характеристиками обладает ATLC ПЧФ. Однако, для окончательного решения о выборе схемы ЭМЛЧФ следует определить необходимое число ступеней регулирования для каждого из них и произвести сравнение по этому показателю, проанализировать пусковые характеристики, питаемых от ПЧФ двигателей, рассмотреть возможность перенапряжений на элементах преобразователя и фазах двигателя в асимметричных режимах. Преобразователи числа фаз со ступенчатым регулированием обеспечивает симметричный режим лишь при некоторых значениях проводимостей фаз нагрузки, число которых равно числу ступеней регулирования. Для промежуточных значений проводимостей имеет место асимметрия системы фазных напряжений, определяемая коэффициентом асимметрии напряжений J3j , который в статическом режиме не должен превышать допустимой величины J2 U3. Кроме того, для обеспечения симметрии при пуске двигателей требуется увеличение емкости [5]. Последнее обстоятельство приводит к резкому увеличению массы конденсаторной батареи за счет пусковых секций конденсаторов. Поэтому представляет интерес рассмотрение пуска двигателей в асимметричном режиме при меньшей по отношению к симметричному пуску емкости конденсаторов. Из сказанного выше следует необходимость изучения системы ПЧФ - двигатель при асимметрии трехфазной системы напряжений на выходе ПЧФ (асимметричных режимов работы ПЧФ) с целью определения условий работы элементов преобразователей, а также особенностей работы питаемых от ПЧФ двигателей. Анализ асимметричных режимов, кроме того, позволяет получить дополнительные критерии сравнения различных схем ЭМПЧФ, а также данные для построения методики расчета ступеней регулирования ПЧФ.
Алгоритм расчета ступеней регулирования ЭМПЧФ при питании одиночного двигателя
Асимметрия трехфазной системы на выходе ЭМПЧФ может сопровождаться повышением напряжений на фазах нагрузки и элементах преобразователя. Это явление количественно оценивается при помощи полученных соотношений между соответствующими напряжениями и коэффициентом асимметрии фазных напряжений, что позволяет на стадии проектирования определять номинальные и предельно допустимые параметры фазосмещающих и коммутирующих элементов преобразователя.
Устойчивая работа двигателей, т.е. работа со скольжением, меньшим критического для данной характеристики, при симметрии трехфазной системы может быть достигнута не во всем диапазоне скольжения двигательного режима. Для двигателей с параметрами, характерными для путейского электроинструмента, работа на устойчивой части механической характеристики в симметричном режиме достигается лишь при скольжениях S- 0,5"5m3 . Перегрузочная способность уо. при симметрии в устойчивой части механической характеристики составляет (70 80)% от перегрузочной способности уй3 при питании от симметричной трехфазной сети с номинальным напряжением. Цутем регулирования параметров ЭМИ? можно повысить перегрузочную способность двигателей при работе на устойчивой части механической характеристики до величин AL ЛЦ ЧРИ этом, однако, нарушается симметрия трехфазной системы (В 15%), повышаются (на 30% и более) напряжения отдельных фаз нагрузки и элементов преобразователя.
АТС ПЧФ обеспечивает больший пусковой момент двигателей по отношению к сравниваемым ЭМГНФ при пониженной относительно потребной при пуске в симметричном режиме величине емкости конденсаторов. При имеющемся соотношении между мощностями единичных двигателей и максимальной мощностью одновременно подключаемых путейских электроинструментов АТС ПЧФ без дополнительных пусковых сту пеней конденсаторов при последовательном во времени запуске позволяет реализовать не менее 60% от номинального пускового момента. В случае необходимости получения номинального пускового момента двигателей, питаемых от АТС ПЧФ, снижение установленной мощности конденсаторной батареи может быть достигнуто, если конден саторы с большим, чем необходимо при пуске напряжением, предназна ченные для обеспечения номинального режима, подключать к отпайке обмотки автотрансформатора с наибольшим коэффициентом автотрансфор мации, а дополнительные пусковые секции конденсаторов подключать к отпайке с меньшим коэффициентом автотрансформации (см.рис.31а). 5. ЭМПЧФ могут компенсировать уменьшение пускового момента при снижении входного напряжения за счет повышения напряжений на фазах двигателя в асимметричном режиме путем регулирования фазосмещающих элементов. Качество электроэнергии на выходе ЭМПЧФ со ступенчатым регулированием параметров фазосмещающих элементов зависит в первую очередь от того насколько правильно осуществлено их секционирование. Поэтому, расчет ступеней регулирования является важным этапом проектирования рассматриваемых преобразователей. В то же время методика расчета ступеней регулирования ЭМПЧФ разработана недостаточно. В частности, совершенно не рассмотрен расчет ступеней регулирования при питании от ЭМПЧФ группы двигателей, параллельно подключенных к его выходу. В опубликованных работах [1-5,23,75] параметры ступеней регулирования определяются из условий симметрии при заданной (обычно номинальной) нагрузке. Однако, ЭМПЧФ предназначены, как правило, для питания нескольких двигателей, подключаемых как поодиночно, так и в сочетаниях, предусмотренных технологией производства путевых работ (технологических сочетаниях). При работе нескольких трехфазных асинхронных двигателей величины коэффициента мощности и токов будут большей частью отличаться от номинальных ввиду неравномерной загрузки двигателей. В связи с этим, секционирование ФСЭ необходимо производить с таким расчетом, чтобы работа при коэффициенте асимметрии напряжений, не превышающем заданную величину, осуществлялась во всем диапазоне изменения нагрузки. С целью снижения массы и упрощения системы автоматического симметрирования число ступеней регулирования должно быть наименьшим. Исходя из приведенных соображений, в настоящей главе поставлена задача разработать метод расчета наименьшего числа секций ФСЭ и их параметров, обеспечивающих стабилизацию степени асимметрии трехфазного тока в заданных пределах при питании от ЭМПЧФ электрических приводов инструментов и механизмов, подключаемых в произвольных сочетаниях. Так как параметры ФСЭ зависят от величины и характера нагрузки, разработку методов расчета ступеней регулирования начнем с исследования ее проводимостей.
Зависимость фазных токов от параметров фазосмещающих элементов ЭМПЧФ
Геометрическим местом проводимостей фаз нагрузки, состоящей из параллельно подключенных асинхронных двигателей, являются замкнутые области на комплексной плоскости.
Задача расчета параметров наименьшего числа ступеней регулирования ЭМПЧФ, обеспечивающих стабилизацию асимметрии в заданных пределах, сводится к задаче покрытия указанной области наименьшим числом областей проводимостей, допустимых по условиям симметрии для каждой из искомых ступеней регулирования. На границах сопрягаемых областей допустимых по условиям симметрии проводимостей должно выполняться условие "постоянства вращающих моментов", а именно: область допустимых проводимостей для включаемой ступени должна содержать значение суммарной проводимости нагрузки, для которой имеет место та же совокупность значений вращающих моментов каждого из двигателей, что была на границе области допустимых проводимостей отключаемой ступени. 3. Область проводимостей нагрузки при расчете ступеней регулирования может быть аппроксимирована дугой окружности, что соответствует замене группы реальных двигателей одним эквивалентным. Параметры схемы замещения эквивалентного двигателя могут быть определены при помощи полученных в диссертационной работе формул. 4. Наименьшее число ступеней регулирования для обеспечения заданных условий требует автотрансформаторно-конденсаторный преобразователь числа фаз. Это обстоятельство позволяет сделать окончательный выбор его схемы в качестве основы для разрабатываемого устройства. 5. Црограмма расчета ступеней регулирования ЭМПЧФ, созданная на основании разработанного в диссертации метода, позволяет определять наименьшее число секций фазосмещающих элементов и их параметры по заданным параметрам двигателей, подключаемых в произвольных сочетаниях, и требуемой величине коэффициента асимметрии фазных напряжений. Качество электроэнергии на выходе ЗМІНІ с автоматическим симметрированием зависит в основном от того насколько точно система автоматического симметрирования отражает закон соответствия между управляющей величиной и параметрами регулируемых фазосмещающих элементов. В связи с этим приобретает важное значение выбор управляющей величины, обеспечивающей удобство схемотехнического отражения этого закона. Известные способы контроля асимметрии трехфазного тока ПЧФ и различных симметрирующих устройств можно систематизировать по характеру управляющей величины, воздействующей на измерительный орган. Такими величинами являются: 1. Ток однофазной сети [14]. 2. Ток одной из фаз или токи двух фаз, воздействующие каждый на отдельный измерительный орган [54-56] . 3. Ток обратной последовательности, выделяемый при помощи фильтра обратной последовательности [76]. 4. Напряжения фаз [5]. 5. Напряжение обратной последовательности, выделяемое при помощи фильтра обратной последовательности напряжений [7,10]. Как известно [17], в случае питания несимметричным напряжением асинхронных двигателей, асимметрия токов в несколько раз превосходит асимметрию напряжений. При номинальном режиме соотношение между коэффициентами асимметрии токов и напряжений выражается приближенной формулой h = " nJ3u где Кп- кратность пускового тока. Следовательно, способы контроля, использующие токи в качестве управляющей величины более предпочтительны. Как показывает опыт проектирования ЭМПЧФ при использовании в качестве управляющей величины токов или напряжений отдельных фаз симметрирование трехфазной системы возможно осуществить лишь с известным приближением, как правило, лишь в некотором хотя и довольно широком диапазоне изменения нагрузки [10,14,54-56] . В случае использования в качестве управляющей величины напряжений и токов обратной последовательности необходимо учитывать не только их абсолютные значения, но и угол сдвига относительно напряжения или тока прямой последовательности соответственно. Это обстоятельство следует из анализа уравнений (5). В результате, схемная реализация таких способов регулирования оказывается достаточно сложной. При экспериментальном исследовании различных ЭМПЧФ в настоящей работе было установлено, что при асимметрии трехфазной системы на выходе ЭМПЧФ достаточно резко изменяются токи фаз преобразователей, причем это изменение подчиняется определенным закономерностям, показывающим, что в качестве управляющей величины целесообразно использовать разности токов фаз, сравниваемых попарно. С целью подтверждения этого положения проанализируем изменение фазных токов, вызываемое отклонением параметров фазосмещающих элементов ЭМПЧФ от значений симметричного режима. Предварительно покажем, что изменение токов фаз ЭМШФ не за от способа соединения фаз нагрузки. Токи фаз ЭМПЧФ равны линейным токам нагрузки. Выразим эти токи через симметричные составляющие напряжений и проводимости нагрузки.
