Содержание к диссертации
Введение
1. Характеристика объекта исследования 11
1.1. Общие сведения 11
1.2. Проблема устойчивости процессов в электротехнической системе разделительного производства 17
1.3. Влияние качества электропитания в электротехнической системе разделительного производства на подсистему нагрузки 19
1.4. Анализ состояния исследований много двигательного синхронно-гистерезисного электропривода 22
1.5. Выводы 25
2. Математическое моделирование электротехнической системы разделительного производства 27
2.1. Принимаемые допущения 27
2.2. Математическое моделирование подсистемы нагрузки 29
2.2.1. Математическая модель симметричного идеализированного синхронно-гистерезисного двигателя 30
2.2.2. Моделирование колебаний в подсистеме нагрузки в основном режиме работы 46
2.2.3. Математическая модель линии подключения группы синхронно-гистерезисных двигателей 49
2.3. Математическое моделирование питающей подсистемы 60
2.3.1. Математическое моделирование управляемого выпрямителя... 62
2.3.2. Математическое моделирование звена постоянного тока 64
2.3.3. Математическая модель управляемого инвертора 66
2.4. Построение математической модели электротехнической системы
разделительного производства 68
2.4.1. Передаточные функции элементов силовой подсистемы 72
2.4.2. Разработка структуры математической модели
электротехнической системы разделительного производства 74
2.5. Выводы 79
3. Исследование и повышение качества управления электропитанием в электротехнической системе разделительного производства 81
3.1. Анализ процессов управления электропитанием в
электротехнической системе разделительного производства 81
3.1.1. Структура и связи электротехнической системы разделительного производства 82
3.1.2. Анализ работы существующей системы регулирования 84
3.1.3. Исследование частотных параметров системы 90
3.1.4. Численное моделирование переходных процессов 94
3.2. Анализ алгоритмов переключений в силовой цепи 104
3.3. Повышение качества процессов управления электропитанием в электротехнической системе разделительного производства 111
3.3.1. Коррекция системы регулирования 112
3.3.2. Снижение напряжения в автоматических алгоритмах при коммутациях в силовой цепи 120
3.3.3. Расчет параметров усредненного модуля по обратным связям с учетом падения напряжения вдоль линии подключения группы синхронно-гистерезисных двигателей 122
3.4. Выводы 125
4. Экспериментальные исследования 127
4.1. Цели экспериментальных исследований 127
4.2. Результаты экспериментальных исследований 127
4.2.1. Спектр гармоник выходного напряжения 128
4.2.2. Определение динамики процессов в электроприводе при управляемых переключениях в силовой цепи 133
4.2.3. Определение параметров субгармонических колебаний 138
4.3. Внедрение результатов 139
4.3.1. Ввод коррекции в систему регулирования для повышения устойчивости работы преобразователя при переключениях 140
4.3.2. Снижение напряжения при переключениях в схеме компенсации реактивной энергии 144
4.4. О перспективе повышения качества управления электропитанием в электротехнических системах разделительного производства 145
4.5. Выводы 148
5. Заключение 150
Библиографический список: 152
- Проблема устойчивости процессов в электротехнической системе разделительного производства
- Математическая модель симметричного идеализированного синхронно-гистерезисного двигателя
- Структура и связи электротехнической системы разделительного производства
- Определение динамики процессов в электроприводе при управляемых переключениях в силовой цепи
Введение к работе
Актуальность темы. На современных предприятиях разделительного производства (РП) для электроснабжения многодвигательного синхронно-гистерезисного электропривода (МСГЭП) применяются системы электропитания (СЭП) на базе преобразователей частоты с микропроцессорным управлением. Система электропитания и МСГЭП образуют сложную многосвязную электротехническую систему разделительного производства (ЭТС РП), обеспечивающую стабилизированное электропитание группы синхронно-гистерезисных двигателей (ГСГД). Каждый из синхронно-гистерезисных двигателей (СГД) является приводом газовой центрифуги (ГЦ).
Исследованиями в управляемом синхронно-гистерезисном электроприводе ранее установлено, что нестабильность тока, момента и мощности СГД, а также устойчивость процессов в системе электропитания взаимосвязаны. Исследованиям процессов в управляемом синхронно-гистерезисном электроприводе посвящены работы Б. А. Делекторского, В. Н. Тарасова, Н. 3. Мас-тяева, В. Б. Никанорова, В. А. Лифанова, А. А. Ефимова, Р. Т. Шрейнера, А. И. Калыгина и др. Тем не менее, вопросы, связанные с управлением электропитанием в ЭТС РП большой мощности в основном, длительном режиме работы освещены недостаточно.
В этом режиме в системе наблюдаются субгармонические колебания питающего напряжения (СКН). При этом качество напряжения значительно ухудшается и не соответствует техническим условиям эксплуатации СГД. При переключениях в силовой цепи в присутствии колебаний, происходят отключения электропитания. Это ведет к сбоям и нарушениям сложных технологических процессов и выходу электрооборудования из строя. Поэтому, проблема повышения качества процессов управления электропитанием в ЭТС РП с целью исключения СКН является актуальной.
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Политехнического института ФГОУ ВПО "Сибирского федерального университета".
Объектом исследования является электротехническая система разделительного производства, состоящая из преобразователя частоты - питающей подсистемы, многодвигательного синхронно-гистерезисного электропривода газовых центрифуг — подсистемы нагрузки, подсистемы компенсации реактивной энергии и управляющей подсистемы.
Предмет исследования представляют процессы управления электропитанием в основном режиме работы ЭТС РП и электромагнитные процессы в МСГЭП.
Цель диссертационной работы состоит в разработке математической модели ЭТС РП и методов коррекции процессов управления электропитанием, обеспечивающих требуемое качество выходного напряжения, необходимые запасы устойчивости, а также предупреждение развития нестабильных режимов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Разработка математической модели ЭТС РП, обеспечивающей численное моделирование процессов коммутации в силовой цепи и субгармонических колебаний напряжения в подсистеме нагрузки в основном режиме работы.
Исследование процессов и устойчивости в ЭТС РП с учетом взаимного влияния подсистем при переключениях в подсистеме компенсации реактивной энергии и изменениях параметров подсистемы нагрузки.
Коррекция системы регулирования с целью повышения устойчивости и эффективности подавления субгармонических колебаний напряжения. Совершенствование алгоритмов управляемых переключений в силовой цепи для предупреждения развития нестабильных режимов работы.
Проведение экспериментальных исследований для проверки адекватности принятых допущений и разработанных математических моделей системы.
Методы исследований. Теория управляемого гистерезисного привода, теория электрических цепей, теория автоматического управления. Численное моделирование в программных средах MathCAD и Mat lab (Simulink). Экспериментальные исследования на специализированных испытательных стендах и на действующем оборудовании.
Результаты, выносимые на защиту и представляющие научную новизну:
Математическая модель ЭТС РП в основном режиме работы, позволяющая исследовать процессы управления электропитанием, обусловленные изменениями параметров подсистем и переключениями в силовых цепях подсистем компенсации реактивной энергии и нагрузки.
Установлено взаимное влияние величины и однородности намагниченности ферромагнитного слоя роторов синхронно-гистерезисных двигателей в подсистеме нагрузки, переключений в подсистеме компенсации реактивной энергии автономного инвертора тока, а также падения напряжения на переходных сопротивлениях модулей в подсистеме нагрузки.
Метод коррекции структуры и параметров регуляторов и алгоритм управления переключениями емкости в подсистеме компенсации реактивной энергии, обеспечивающие эффективное демпфирование СКН, предупреждение развития нестабильных режимов работы синхронно-гистерезисных двигателей при различных параметрах и конфигурации МСГЭП.
Метод расчета параметров усредненного модуля ГСГД по обратным связям системы, с учетом параметров линии подключения.
Значение для теории состоит в расширении методов исследования причин возникновения и развития нестабильных режимов работы гистерезисного привода, а также методов повышения качества управления электропитанием в ЭТС РП с МСГЭП большой мощности.
Значение для практики:
Разработанная математическая модель позволяет исследовать электромагнитные процессы при различных параметрах и конфигурации МСГЭП без проведения натурных экспериментов.
Предложен метод коррекции системы регулирования и алгоритм управления переключениями компенсирующей емкости, обеспечивающие эффективное демпфирование СКН, предупреждение развития нестабильных режимов синхронно-гистерезисных двигателей при различных параметрах и конфигурации многодвигательного синхронно-гистерезисного электропривода газовых центрифуг.
Полученные в диссертационной работе результаты могут быть применены при создании новых ЭТС РП для последующих поколений газовых центрифуг на предприятиях разделительного производства.
Достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительным совпадением результатов имитационного моделирования с данными экспериментов на специализированных лабораторных стендах и действующем оборудовании, а также положительными результатами внедрения на ОАО «Производственное объединение «Электрохимический завод» г. Зеленогорск.
Результаты работы используются на ОАО «Производственное объединение «Электрохимический завод» г. Зеленогорск в электротехнических системах разделительного производства с многодвигательным синхронно-гистерезисным электроприводом газовых центрифуг.
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на:
- II Всероссийской Научно-Практической Конференции АЭПЭ"2004 Автоматизированный Электропривод и Промышленная Электроника в металлургической и горно-топливной отраслях «Особенности микропроцессорной системы регулирования выходного напряжения статического преобразователя частоты» (Новокузнецк 18-20.05.2004),
второй научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика и электротехнологии ЭЭЭ-2005» «Определение характеристик многодвигательного синхронно-гистерезисного электропривода методом пассивного эксперимента» (Новосибирск 25-26.10.2005),
XVII научно технической конференции «Электронные и электромеханические системы и устройства», «О выборе метода оптимизации микропроцессорной системы регулирования многодвигательного синхронно-гистерезисного электропривода» («НПЦ «Полюс» г. Томск 20-21.04.2006), -третьей научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика и электротехнологии ЭЭЭ-2007», «Влияние падения напряжения на качество регулирования в многодвигательном синхронно-гистерезисном электроприводе», (г. Новосибирск, 26.10.2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в числе которых: 1 научная статья по списку ВАК РФ; 8 научных статей в сборниках научных трудов; 4 доклада на научных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 103 наименований и 1 приложения. Общий объем работы составляет 162 страницы, в том числе 69 рисунков, 21 таблицу.
Проблема устойчивости процессов в электротехнической системе разделительного производства
Проблема устойчивости процессов в ЭТС РП обусловлена большой инерционностью и существенным запасом кинетической энергии вращающихся масс СГД в подсистеме нагрузки. Возникающие в основном режиме работы привода СКН напрямую связаны с синхронными колебаниями роторов СГД подсистемы нагрузки. Колебания ротора СГД, согласно [14,26], могут быть вызваны возмущениями момента нагрузки или возмущениями напряжения в системе электропитания. Таким образом, колебания выходного напряжения и входного тока силовой подсистемы, а также синхронные колебания роторов и возмущения момента СГД в подсистеме нагрузки взаимосвязаны.
Существенное влияние на параметры СКН оказывает величина остаточной намагниченности активного слоя ротора СГД. В настоящей работе предполагается в качестве гипотезы, что СКН зависят от индуктивности ГСГД - индуктивного тока группы двигателей. То есть, чем индуктивность подсистемы нагрузки больше, тем больше период колебаний [14,22]. На основании этого, состояние намагниченности активного слоя роторов СГД группы является как признаком синхронного режима, так и признаком, характеризующим СКН. Тем не менее, необходимо учитывать факторы, влияющие на однородность намагниченности активного слоя роторов СГД в подсистеме нагрузки. Как будет показано далее, конфигурация шин подсистемы нагрузки не исключает падения напряжения вдоль линии подключения, его несимметричности и неравномерности распределения в подсистеме. Как следствие, нельзя исключить и неоднородность угловых характеристик СГД в подсистеме нагрузки, зависящих от динамики, амплитуды и фазы питающих двигатели напряжений. Процессы переключений в подсистеме компенсации реактивной энергии в ЭТС РП при наличии СКН с амплитудой в огибающей до 20 В и частотой от 0,1 до 2 Гц, неустойчивы, поэтому происходит отключение электропитания. Отключение преобразователя в этом случае квалифицируется как "опрокидывание инвертора", что не является аварийным режимом и поэтому следует автоматическое повторное включение (АПВ). Перенапряжения и скачки фазы при переключениях в силовой цепи приводят к изменению намагниченности активного слоя роторов СГД в подсистеме нагрузки [15]. В зависимости от фазы вращения ротора СГД во время возникновения импульса, возникающие перенапряжения вызывают намагничивание или размагничивание материала ротора. Нестабильность может быть обусловлена несимметричностью напряжения, что рассмотрено в [22,26].
Короткий перерыв электропитания группы СГД вызывает снижение скорости роторов группы СГД на 10 +- 15 оборотов. После восстановления электропитания группы происходит ее повторный вход в синхронизм. Потери скорости вращения вызывают отклонения параметров технологического режима [62]. В ряде случаев перерывы ведут к потерям в процессе разделения изотопов. После восстановления электропитания СКН возникают вновь, и процесс отключения электропитания с АПВ может повторяться многократно. Перенапряжения и несимметрия питающего напряжения вызывают изменение величины и однородности остаточной намагниченности активного слоя роторов СГД в подсистеме нагрузки. Предполагается, что намагниченность активного слоя роторов СГД в подсистеме нагрузки изменяется от пуска к пуску подсистемы, а также в процессе переключений в подсистеме компенсации реактивной энергии [10,78,14,26].
Найден практический выход из ситуации — перерыв электропитания искусственно увеличивается до нескольких минут, что вызывает большую потерю оборотов группы. Процесс входа ГСГД в синхронизм сопровождается описанным ранее освобождением энергии перемагничивания с затухающими колебаниями. Предполагается, что в этом случае удается частично устранить неоднородность намагниченности активного слоя роторов СГД в подсистеме нагрузки за счет одновременного воспроизведения процессов пере-магничивания и формирования полюсов. Это восстанавливает однородность намагниченности активного слоя роторов ГСГД и способствует устранению СКН на время сохранения однородности группы. Но в разделительном производстве из-за многочисленности рассматриваемых систем, технологические потери и затраты рабочего времени при этом существенны. Кроме того, усиливается влияние человеческого фактора на процесс управления электропитанием системы, что в конечном итоге нерационально.
В процессе циклических АПВ отмечается повышенный износ силовых полупроводниковых приборов, что вызывает выход из строя элементов силовой цепи питающей подсистемы [5,34,45,47,62]. Повторяемость подобных нарушений ведет не только к повышенному износу и разрушению СГД, но и увеличивает себестоимость продукции предприятия. Циклические воздействия переходных процессов на элементы силовой схемы электропривода не только разрушают дорогостоящие полупроводниковые приборы и воздействуют на чувствительную магнитную систему СГД, но и изменяя гармонический состав питающего ГСГД напряжения, воздействуют на температурный режим газовых центрифуг [29]. Последнее определяющим образом задает направление совершенствования рассмотренных алгоритмов и коррекции системы регулирования.
Математическая модель симметричного идеализированного синхронно-гистерезисного двигателя
Сложность математического описания физических процессов в СГД обусловлена существенной нелинейностью и гистерезисом намагничивания материала активного слоя ротора, в связи с чем, распределение магнитного поля в СГД неравномерно как в пространстве, так и во времени [12,20,26,43,82]. В СГД тороидального исполнения магнитное поле распределено неравномерно в радиальном направлении по диску ротора. Распределение магнитного поля зависит также от всех предыдущих магнитных состояний ротора, начиная с его намагничивания при пуске.
Схема замещения магнитной цепи симметричного идеализированного СГД (рис.2.1) позволяет перейти от свойств гистерезисного материала активного слоя ротора к взаимосвязанным элементам двигателя [7,14,70,97]. В ее основе лежит использование основного соотношения: Ф = FA, где Ф - магнитный поток, F - МДС, Л - магнитная проводимость [25,32,37,43,96]. Комплексный характер магнитной проводимости обусловлен характером потерь на гистерезис и вихревые токи.
Схема замещения магнитной цепи и распределение магнитного потока в тороидальном СГД Магнитный поток статора Фі отличается от магнитного потока в роторе Фг на величину магнитного потока воздушного зазора Ф&. Магнитодвижущая сила статора F], обусловленная током статора 1\ по его обмотке с количеством витков N\, складывается с МДС воздушного зазора F5 и образует условную начальную МДС F. Разность между МДС воздушного зазора F и МДС при перемагничивании ротора Fh, представлена в виде F2 - МДС, возникающей при рассеянии магнитного потока Фг на неактивной поверхности ротора.
Электрическая схема замещения идеализированного симметричного СГД Для СГД тороидального исполнения [14,20], распределению потока в магнитной цепи соответствует электрическая схема замещения изображенная на рисунке 2.2, на которой представлена схема замещения для асинхронного и синхронного режимов СГД.
Синхронному режиму соответствует участок, изображенный на рис. 2.2 присоединяющимся к схеме ротора справа и заменяющий в синхронном режиме участок, содержащий элементы, характеризующие процессы перемаг-ничивания активного гистерезисного слоя ротора. Электродвижущая сила Е — идентична МДС F от магнитного потока в воздушном зазоре Ф5; электродвижущая сила Е\х - идентична МДС F\x от магнитного потока в роторе Ф2; токи /), / и І2, идентичны магнитным потокам Фь Фа и Ф2; ток 12 имеет активную /2а = Еф\ и реактивную /2ц = E\/jx\x составляющие; ЭДС воздушного зазора равна сумме Е = Eh + jx2h\ при г8 = 0 ток воздушного зазора / = Eg/fas; ток статора I\= I2 + h\ напряжение U- идентично МДС F, на выводах статора U = Е + jx\I\ + Г\І\. В синхронном режиме работы гистерезисной машины часть магнитного потока Ф2, равная Фг и определяемая намагниченностью ротора, рассматривается как постоянная величина. МДС от магнитного потока в роторе FT соответствует ЭДС остаточной намагниченности Ех. Произведение jxTI2 при этом соответствует реакции якоря. Для пояснения схемы замещения, изображенной на рис. 2.2, приведена векторная диаграмма, рис. 2.3. Величины токов и ЭДС СГД представлены во вращающейся системе координат ротора dq [60].
В асинхронном режиме существует некоторая ЭДС Ег, идентичная МДС от остаточной намагниченности элемента ротора Fr отличающаяся на величину падения напряжения jxxI2 от ЭДС Е . Вход в синхронизм характеризуется некоторым фиксированным значением МДС от остаточной намагниченности Fr с амплитудой приближающейся к амплитуде F , в фазе, определяемой реакцией якоря. Ег — соответствует части МДС ротора, обусловленной остаточной намагниченностью магнитот-вердого ротора [14,82]. ЭДС от остаточной намагниченности совпадает с осью намагниченности ротора, проходящей через полюсы ротора в синхронном режиме работы СГД. Рассматривая остаточную намагниченность как ЭДС Ег, предлагается использовать для математического описания синхронного режима активное сопротивление гг, при этом в синхронном режиме параметры гь и Хь не учитывать.
Тогда комплексное сопротивление СГД в синхронном режиме определяется выражением (2.1), а в асинхронном - (2.2). Кратко рассмотрим процесс перемагничивания материала активного слоя ротора тороидального СГД [3,6,14,32,37]. За время dt к СГД подведена электрическая энергия dW = uxi\dt, где щ - мгновенное значение напряжения, /; - мгновенное значение тока. Часть этой энергии затрачивается в обмотке статора dWe = цЯ\ dt, где R\ - активное сопротивление обмотки. Часть энергии расходуется на накопление магнитной потенциальной энергии воздушного зазора dWs. Потенциальная энергия воздушного зазора: w5= Ь.= ЕІ. (23) где Is, 5 ток и МДС, возникают в результате прохождения магнитного потока Ф через воздушный зазор. Энергия магнитного поля ротора преобразуется в механическую энергию MdQ, где М - момент, dQ - приращение угла поворота вала. Другая часть запасается ротором в виде магнитной энергии dWm. Общее приращение энергии в ферромагнитном элементе с элементарным объемом dV равно произведению HdBdV, где Н — напряженность магнитного поля, В - индукция. Для всего активного слоя ротора необходимо осуществить интегрирование по объему, тогда общее приращение энергии всего активного слоя ротора:
Структура и связи электротехнической системы разделительного производства
Процессы управления электропитанием в ЭТС РП с исходными настройками системы регулирования являются неустойчивыми. Переключения в подсистеме компенсации реактивной энергии, сопровождающиеся СКН, прерываются отключениями электропитания. В главе 2 установлено, что СКН вызваны колебаниями роторов СГД, возмущениями напряжения, а также изменением индуктивности подсистемы нагрузки.
Демпфирование колебаний роторов СГД в синхронном режиме с малой амплитудой представляет сложную задачу [14,22,23,26,57.58]. Но при этом качания ротора одиночного СГД влияют на ток, момент и мощность других СГД группы. При неоднородной намагниченности группы СГД стабилизирующее воздействие системы регулирования в начале линии более эффективно для СГД, подключенных в начале линии. Чем больше падение напряжение вдоль линии подключения группы, тем больше различия тока, момента и мощности СГД в начале и в конце линии.
Достичь уменьшения падения напряжения вдоль линии подключения группы СГД можно снижением потребляемого группой в длительном режиме работы индуктивного тока. Согласно п.п. 1.4, это достигается искусственным увеличением остаточной намагниченности активного слоя ротора СГД, если речь идет об одиночном СГД, для подсистемы нагрузки с МСГЭП изменение намагниченности активного слоя роторов СГД происходит неоднородно. На величину и однородность намагниченности влияет перенапряжение, возникающее при переключениях в подсистеме компенсации реактивной энергии. Поэтому, при анализе процессов управления электропитанием необходимо: - исследовать структуру и связи рассматриваемой ЭТС РП, - проанализировать работу системы регулирования с существующими настройками, - исследовать устойчивость процессов в установившихся режимах до и после переключений в силовой цепи системы, - исследовать динамику процессов переключений в силовой цепи при воздействии возмущений от СКН при различных параметрах подсистем нагрузки и компенсации реактивной энергии. Структура и связи электротехнической системы разделительного производства ЭТС РП является сложным, многосвязным объектом [33,34,42,57,87]. Общая структура системы и ее связи изображены на рис. 3.1. Силовая часть системы на рис. 3.1 изображена блоками, обозначающими соответствующие элементы схемы и их связи. Микропроцессорный контроллер
Электронный модуль микропроцессорного контроллера Рисунок 3.1. Структура и связи ЭТС РП К выходным шинам АИТ постоянно подключена емкость инвертора Сси емкости Сп...і5 (2.61), (2.62) подключаемые с помощью тиристорных контакторов, а также емкость Са постоянно подключенная к шинам секции ГСГД. Выходные шины АИТ соединены с распределительными щитами подключения секций ГСГД (ЩПС-1, 2, 3, 4), где осуществляется посекционное подключение подсистемы нагрузки. ЩПС-3,4 штатно запитаны от резервируемой ЭТС РП и только при необходимости использования резервной схемы, резервирующая ЭТС РП будет осуществлять электропитание штатной и дополнительной секции ГСГД. Выбор основного или резервного источника производится автоматически при неисправности штатной для секции ГСГД ЭТС РП, или вручную. На рис. 3.1 ЩПС изображены укрупнено, без детализации их элементов.
Автоматическое подключение штатной секции ГСГД производится через тиристорный контактор ТК-1, резервной через ТК-2, оба контактора располагаются в одном ЩПС. При подключении секции ГСГД через ТК-1 или ТК-2 в алгоритме участвует тиристорный контактор ТКСЩ - подключающий на время 22 ліс дополнительную емкость также расположенную в ЩПС, предназначенную для ограничения броска ЭДС в индуктивности ГСГД при ее подключении. СИФУВ и СИФУИ представляют собой программно-аппаратные модули, где формируются и синхронизируются сигналы управления тиристорами УВ и АИТ. На рис.3.1. широкими стрелками условно показан тракт передачи и усиления сигналов. Анализ работы существующей системы регулирования На вход аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) заведены сигналы измерительного преобразователя входного напряжения (ИПН1), измерительного преобразователя входного тока (ИПТ) и измерительного преобразователя выходного напряжения (ИПН2). Измерительный преобразователь входного напряжения ИПН1 осуществляет понижение, фильтрацию и усиление сигналов пропорциональных мгновенным значениям входных линейных напряжений UAB, UBC и UCA. В прикладной программе по моменту перехода из положительной области в отрицательную преобразованного в цифровой код напряжения UBC осуществляется синхронизация работы УВ с питающей сетью 50Гц. ИПТ осуществляет преобразование сигналов, соответствующих мгновенным значениям фазных токов на входе преобразователя JA, JB и Jc с вторичных обмоток трансформаторов тока в соответствующие сигналы низкого напряжения. Далее эти сигналы поступают на мостовую схему, с выхода которой суммируются в двухканальном усилителе. С выхода усилителя сигналы Jp и JM, соответствующие действующим выпрямленным значениям низкого напряжения пропорциональным фазным входным токам поступают на два канала АЦП. Jр и JM используются в программном модуле сигнализации и защит. Для системы регулирования используется их разность I -Jp -JM, что соответствует действующему значению выпрямленного тока, как если бы в питающей подсистеме использовался неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель. ИПН2 осуществляет: понижение выходных линейных напряжений UАВ, UBC и UCA, выпрямление, фильтрацию и усиление сигнала UEX, подаваемого на вход АЦП. В аппаратном модуле по моменту перехода напряжения UAB из отрицательной области в положительную, с помощью компаратора формируется сигнал ТТЛ уровня "interrupt", предназначенный для синхронизации работы программных модулей защиты, сигнализации и регулирования.
Определение динамики процессов в электроприводе при управляемых переключениях в силовой цепи
При исследованиях динамики используется контроллер подсистемы управления, в котором имеется возможность подключения к компьютеру с помощью интерфейса RS-232, для считывания, сохранения, а также последующей обработки и представления данных. Для считывания последних не обновленных данных из циклического буфера контроллера с заданными параметрами интервала выборки и набором переменных, необходимо выполнить остановку циклического обновления буфера (остановкой работы преобразователя). Сохраненные данные интерпретированы с использованием MathCAD. В опыте производится переключение переменной компенсирующей емкости Сс3 - Сс5 в подсистеме компенсации реактивной энергии на макетной испытательной установке, где с помощью катушек индуктивности и резисторов имитируется реальная ГСГД. Идентичные опыты производятся далее на действующем оборудовании с параметрами 2ds,Cc3 — 2ds,Cc5 (параметры схемы 40— 4\ по табл. 2.10) и 2s,Cc3 - 2s,Cc5 (95— 96 по т. 2.10). Установлены два типа колебаний напряжения: в асинхронном режиме при входе в синхронизм большинства СГД группы, возникают непродолжительные колебания с амплитудой в огибающей напряжения до 10% от номинального значения напряжения, частотой в пределах 100 - 300 Гц; - в основном режиме при длительной работе возникают незатухающие колебания напряжения с амплитудой в огибающей до 20 В от номинального значения напряжения, с частотой в пределах от 0,1 до 5 Гц. При моделировании в Mat lab (рис. 2.21, 2.23) использовано колебательное звено с параметрами колебаний идентичными параметрам колебаний, изображенных на рисунке 4.12 и вводимое в контур напряжения. Результаты исследований процессов управления электропитанием в ЭТС РП с помощью разработанных математических моделей системы подтверждаются результатами экспериментальных исследований. Согласно п.п. 3.3 настоящей работы, выполнена коррекция структуры и параметров систе 140 мы регулирования. Положительные результаты коррекции системы регулирования и внедрения алгоритма управления переключениями в подсистеме компенсации реактивной энергии получены при исследованиях динамики процессов в скорректированной системе при различных параметрах подсистем нагрузки и компенсации реактивной энергии. Ввод коррекции в систему регулирования для повышения устойчивости работы преобразователя при переключениях Переходные процессы при переключении емкости в подсистеме компенсации реактивной энергии 2ds,Cc% —»2 &,Сс7 в исходной системе приводили к кратковременным отключениям электропитания подсистемы нагрузки. На рисунках 4.13 и 4.14 представлены переходные процессы в системе после внедрения коррекции структуры и параметров системы регулирования.
Точность шага выборки зависит от цикличности работы кольцевого буфера обновляемых данных. В некоторых случаях для обработки прерываний с высоким приоритетом (защита, сигнализация или синхронизация управления схемой преобразователя), период выборки увеличивается в несколько раз. Количество таких интервалов незначительно, но не равно нулю. Анализируя полученные при имитационном моделировании диаграммы рассматриваемых параметров, можно сделать вывод о том, что динамика про 144 цесса может быть оценена по результатам моделирования с точностью 10% по оценке максимальных значений. Это свидетельствует об адекватности полученной математической модели. Снижение напряжения при переключениях в схеме компенсации реактивной энергии Внедрение алгоритма снижения напряжения при переключениях в подсистеме компенсации реактивной энергии показало положительные результаты. При отсутствии перенапряжения и броска тока, переключения в подсистеме компенсации реактивной энергии в основном режиме работы выполняются без отключения электропитания подсистемы нагрузки. Плавное снижение напряжения на 40 В предупреждает намагничивание активного слоя роторов ГСГД. На рисунке 4.19 зафиксирован с помощью прибора Fluke 123 момент переключения переменной емкости со снижением напряжения. После коррекции системы регулирования исследованы процессы при максимально допустимом в основном режиме работы перерыве электропита ния штатной и резервируемой секций ГСГД. Рассмотрен переходный процесс в выходном напряжении и входном токе преобразователя при подключении дополнительных секций при различной индуктивности подсистемы нагрузки. При подключении секции ГСГД кратковременное подключение на 22 мс дополнительной переменной емкости (см. п.п.3.1.1) оказывает возмущающее воздействие, что снижает устойчивость в данном процессе. С исключением алгоритма подключения дополнительной емкости устойчивость процесса, как показывает проведенный опыт, лучше. Установлено, что система обеспечивает подключение штатных секций ГСГД после перерыва электропитания до 10 минут, штатных и дополнительных после перерыва до 8 минут. Устойчивость процессов обеспечивается системой регулирования. Это позволяет отказаться от дополнительной емкости в щите подключения секции, что удешевляет конструкцию щита подключения секции ГСГД и свидетельствует о возможности подключения подсистемы нагрузки с синхронно-гистерезисными двигателями различного типа и большей мощности
