Пронин М.В., Воронцов А.Г., Калачиков П.Н., Емельянов А.П. Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

Подождите немного. Документ загружается.

Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

ляющие с частотами 250 и 350 Гц. Вместе с тем, при заданных различиях токов и напряже-

ний искажения синусо ей остаются в пределах

допустимых по ГОСТ 1

идальности кривых напряжений питающих сет

3109-97 величин.

Таблица 6.3.4 Результаты анализа номинального режима работы привода вентилятора

при наличии несимметрии и фильтров 550 и 650 Гц

Напряжение 1 фазы сети 35 кВ, В

Коэффициент искажения синусоидальности кривой

20511.785

0.01288

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения

20510.083

Фазы, гр.

-0.6963

Напряжение 1 фазы сети 6 кВ, В

Коэффициент искажения синусоидальности кривой

3633.988

0.04987

Частоты гармоник, Гц

250

350

622

850

950

Действующие значения

3629.465

64.834

79.214

14.207

59.007

59.130

Фазы, гр.

-2.3353

176.0052

100.6966

2.9194

106.6924

32.9821

Ток 1 фазы сети 6 кВ, А

Коэффициент искажения синусоидальности кривой

404.481

0.1131

Частоты гармоник, Гц

250

350

489

622

850

Действующие значения

401.883

31.989

27.869

3.181

2.726

8.478

Фазы, гр.

-32.0903

-94.9107

-169.2690

47.7980

93.8446

-163.0596

Ток 1 фазы фильтра 550 Гц, А 35.848

Частоты гармоник, Гц

350

489

550

622

Действующие значения

19.272

4.861

3.315

28.222

3.289

Фазы, гр.

87.5878

-170.5765

42.9374

144.4719

-83.63

850

3.759

18.0563

Ток 1 фазы фильтра 650 Гц, А

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения

13.694

Фазы, гр.

87.

617

622

5.110

7.000

6698

-99.3664

84.1286

650

850

17.792

5.335

81.8401

19.2081

Угол управления 1 в

Угол управления 2 в

Угол инвертирования 1 инвертора, град.

39.183

234.587

288.881

ыпрямителя, град.

38.880

28.721

Угол инвертирования 2 инвертора, град.

Выпрямленный ток 1 преобразователя, А

Выпрямленный ток 2 преобразователя, А

39.064

259.264

280.448

Ток возбуждения 1 двигателя, А

Ток возбуждения 2 двигателя, А

Ток 1 фазы 1 двигателя

Коэффициент иска

, А

жения синусоидальности кривой

208.546

0.2488

Частоты гармоник, Гц Действующие значения

Фазы, гр.

-57.3380 45 201.9

Ток 1 фазы 2 двигателя, А

Коэффициент искажения синусоидальности кривой

225.772

0.2487

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения Фазы, гр.

218.675 -87.5960

Напряжение 1 ф

Коэффициент искажения синусоидальности крив

азы 1 двигателя, В 3294.356

ой 0.2290

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения

3206.738

Фазы, гр.

95.3240

Напряжение 1 фазы 2 двигателя, В

Коэффициент искажения синусоидальности кривой

3640.683

0.2265

Частоты гармоник, Гц Действующие значения Фазы, гр.

45 3545.981 64.8831

Электромагнитный момент 1 двигателя, %

75.851

Электромагнитный момент 2 двигателя, %

Частота вращения вентилятора, %

90.619

89.957

181

Пронин М. В., Воронцов А. Г., Калачиков П. Н., Емельянов А. П.

При рассматриваемой несимметрии токов и напряжений привода существенно разли-

чаются токи возбуждения и электромагнитные вращающие моменты двигателей.

Указанные возможности расчета системы с частотно-регулируемым приводом венти-

лятора

ий сетей 35 кВ и 6 кВ.

позволяют выполнить подробный анализ установки, например, с точки зрения влия-

ния ее на питающие сети. На рис.

6.3.7 представлены зависимости от частоты вращения вен-

тилятора коэффициентов искажения синусоидальности напряжен

Ки, %

7550 100

Предельно допустимый уровень

Нормально допустимый уровень

и напряжения сети 35кВ

при отсутствии фильтров

n, %

25 10050 75

Ки напряжения 6кВ

при отсутствии фильтров

Предельно допустимый уровень

и, %

Нормально допустимый уровень

Ки напряжения 6кВ

при наличии фильтров

550Гц и 650Гц

n, %

Рис.6.3.7 Зависимость коэффициентов искажения синусоидальности

кривых напряжения сетей 35 кВ и 6 кВ от частоты вращения вентилятора

Из рис.6.3.7 видно, что при указанных выше структуре системы и ее параметрах не-

обходимость использования фильтров напряжения сети 6 кВ возникнет тогда, когда вентиля-

тор выйдет на рабочую частоту более 50 % от номинальной для привода.

§ 6.4 Машинно-вентильные преобразователи ПР-50 для

собственных нужд электропоездов

На электропоездах для питания систем управления, для освещения, отопления, пита-

ния компрессоров, обмоток возбуждения тяговых двигателей и других нагрузок используют-

ся преобразователи собственных нужд (ПСН). ПСН получают питание от контактных сетей,

которые во многих случаях выполнены на номинальное постоянное напряжение 3 кВ.

Электропоезда российского производства на напряжение 3 кВ оснащены электрома-

шинными преобразователями

, в состав которых входят двигатели постоянного тока. Коллек-

торы этих двигателей рассчитаны на напряжение контактной сети, которое изменяется в

пределах от 2,2 до 4 кВ. Двигатели имеют повышенные электромагнитные нагрузки, их пе-

регрузочная способность невелика, КПД низок. Предельное использование двигателей, а

также тяжелые условия работы (большой диапазон температур, повышенная влажность, виб-

рации)

приводят к тому, что электромашинные преобразователи имеют низкую надежность.

Статические ПСН на полностью управляемых полупроводниковых приборах не имеют

недостатков электромашинных ПСН. Однако в разработанных статических ПСН отсутствуют

достаточно емкие накопители энергии. Вследствие этого при движении поезда в зонах ней-

тральных вставок контактных сетей при исчезновении напряжения теряют питание все на-

грузки

ПСН. После восстановления напряжения в трансформаторах нагрузок появляются

большие токи включения, а в асинхронных двигателях большие пусковые токи. Элементы

ПСН должны быть рассчитаны на эти перегрузки. Кроме того, нагрузки ПСН, не терпящие

перерывов питания, должны быть оснащены резервными питающими устройствами. По ука-

занным, а также по другим причинам положительного опыта

применения статических ПСН

на российских железных дорогах пока нет.

Компромиссным решением является применение на поездах машинно-вентильных

ПСН, которые содержат статический инвертор и электромашинный преобразователь с двига-

телем и генератором переменного тока. Обслуживание электромашинного преобразователя

182

Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

перем щаяся часть агрегата

при н ь беспечить бесперебой-

ное питание

− номинальная мощность 50 кВт;

− мощность

в режиме перегрузки 80 кВт;

− напряжение на выходе 3х230 В;

− частота выходного напряжения 50 Гц.

Качество выходного напряжения ПР-50 обеспечивается в соответствии с ГОСТ 13109-

97. В частности, гарантируются определенные указанным стандартом длительные отклоне-

ния выходного напряжения, кратковременные отклонения, отклонения по частоте, коэффи-

циент искажения синусоидальности. Отрицательного влияния преобразователя ПР-50 на ка-

чество

напряжения контактной сети в эксплуатации не наблюдалось.

Структурная схема ПР-50 представлена на рис.

6.4.1.

енного тока проще, поскольку отсутствует коллектор. Вращаю

оминал ной частоте имеет достаточный запас энергии, чтобы о

нагрузки при прохождении нейтральных вставок контактных сетей даже при

сравнительно небольшой скорости движения поезда.

На «Электросиле» выполнена разработка машинно-вентильного ПСН типа ПР-50 [12]

(прототип – преобразовательные агрегаты вагонов-электростанций поезда «

Аврора», кото-

рые успешно эксплуатируются более 6 лет [70]). Система в целом разрабатывалась под руко-

водством Е. А. Крутякова. В настоящее время изготовлено 17 преобразователей ПР-50. Часть

агрегатов с августа 2003 года введена в эксплуатацию.

Основные характеристики ПР-50:

− силовое напряжение питания 2,3-4 кВ;

− напряжение питания цепей возбуждения и управления 110 В;

C Lz

Компаундирование

Регулятор частоты, УК

Регулятор I

Ifз

ИДП

Rогр

ИУ

Uкc=3кВ

ДПР

СД

СГ

ИУ

Urc

Iz1

Uаб=110 В

230В, 50Гц

Kz1

ИУ ИУ

КП

ПКП

Rдб

Kz3

Рис.6.4.1 Структурная схема преобразователя ПР-50

В состав ПР-50 входят электромашинный агрегат и тиристорный инвертор с аппара-

турой управления. Электромашинный агрегат содержит синхронные генератор СГ и двига-

тель СД. Фотография электромашинного агрегата представлена на рис.

6.4.2. На рис.6.4.3

представлена фотография инвертора с аппаратурой управления.

Синхронный генератор выполнен трехфазным, на номинальное напряжение 230 В, с

системой компаундирования. Синхронный двигатель выполнен с двумя трехфазными обмот-

ками на статоре, взаимно сдвинутыми на 30 эл. град. Номинальное линейное напряжение

обмоток 1500 В, мощность машины 88 кВА, возбуждение независимое. Частота вращения

1500 об/мин. Агрегат снабжен датчиком положения

ротора (ДПР). Электромашинный агре-

гат подвешивается под вагоном. Он имеет следующие характеристики: габариты

1500х808х608 мм, масса 1500 кг.

Инвертор с аппаратурой управления размещается в подвагонном ящике и имеет сле-

дующие характеристики: габариты 2320х820х803 мм, масса 400 кг.

183

Пронин М. В., Воронцов А. Г., Калачиков П. Н., Емельянов А. П.

Рис.6.4.3 Тиристорный инвертор ПР-50 с аппа-

ратурой управления

Рис.6.4.2 Электромашинный

преобразователь ПР-50

Тиристорный зависимый инвертор выполнен 12-пульсным с последовательным со-

единением трехфазных мостов. В цепи выпрямленного тока имеется сглаживающий дроссель

и пусковой резистор R

дб

, который после пуска шунтируется контактором ПКП. К контакт-

ной сети инвертор подключается через контактор КП, предохранитель FU, токоограничи-

вающий резистор R

огр

и блок искусственной коммутации, содержащий тиристоры K

, K

конденсатор С, дроссель L

, резистор R

и другие элементы. Возбуждение двигателя осуще-

ствляется от сети с напряжением 110 В через транзисторный широтно-импульсный преобра-

зователь. Перед запуском агрегата напряжение U

аб

=110 В создается аккумуляторной батаре-

ей. В цепи возбуждения имеется дроссель L

, ограничивающий пульсации тока. В систему

управления передаются импульсы датчика положения ротора двигателя (ИДП), сигналы по

входному напряжению U

, входному току преобразователя (току I

в тиристоре K

), току

возбуждения I

. На выходе системы управления формируются импульсы управления (ИУ)

тиристорами K

и K

блока искусственной коммутации, тиристорами 12-пульсного инвер-

тора, транзистором в цепи возбуждения и механическими коммутирующими элементами.

В системе управления обеспечивается регулирование тока возбуждения (I

) пропор-

ционально-интегральным регулятором. При этом заданный ток возбуждения (I

fз

) формирует-

ся в соответствии со следующей формулой:

(6.4.1)

где I

– заданный ток возбуждения двигателя при номинальном входном напряжении U

отсу

Система

на уровне заданного значения ω

, воз-

действуя на .

При этом и:

∆

0 oз

Kе

(6.4.2)

1210 kzrcffз

IKUKII ++=

тствии нагрузки преобразователя, K

и K

- коэффициенты.

управления определяет фактическую частоту вращения двигателя. При этом

12 датчиков положения ротора, размещенные на двигателе со сдвигом по фазе на 30 эл.

град., формируют импульсы. Моменты их появления фиксируются системой управления, и

по временным промежуткам между их изменениями определяется фактическая частота ω.

В зоне частот вращения приблизительно до 50 % номинальной частоты

регулирование

угла управления инвертора α не осуществляется, и импульсы управления тиристорами фор-

мируются по сигналам датчика положения ротора при α=α

. Угол α

задается путем соответ-

ствующей настройки датчиков положения ротора. При более высоких частотах вращения ра-

ботает регулятор, который поддерживает частоту ω

угол управления инвертора α, то есть в конечном счете на импульсы управления

угол управления α формируется в соответствии со следующими выражениям

⎫

⎪

α=αα>α

тосли

mmax

()

⎪

⎬

=α=αα<α

,0,,

minmin

Kтосли

()

ω−∆+α=

ω−ω∆+α∆=α

iзуii

KKt

⎪

⎭

ω+α

184

Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

где ∆t

– время работы системы управле

, K

ωo

– коэфф

, α

min

–

максимально и допустимые углы у инвертора, ∆α

еменные

составляющие у .

Один из характерных режимов работы ПР к электромаш та. Пуск

из непо ении контак пределах

от 2,3 д

пуска и напря-

жении с ов еются частоты

вращения

n и входного тока I

от времени.

цикла ния, K, K

ициенты, α

минимально правления

и ∆α – пер

гла управления

-50 – пус инного агрега

движного состояния допускается при любом напряж тной сети в

аг

о 4 кВ. На рис.

6.4.4 и 6.4.5 представлены осциллограммы регата пр

ети 3 кВ, с ые при стенднят ых испыт них иманиях. На зависимости

Рис.6.4.4 Осциллограмма ча истоты вращения ПР-50 пр п В уске от сети 3 к

Рис.6.4.5 Осциллограмма входного тока ПР-50 при пуске от сети 3 кВ

В начале процесса пуска агрегата (после возбуждения двигателя разгон осуществля-

ется пр

)

необходимого вращающего момента.

По мере разгона двигателя увеличивается его ЭДС и на частоте 10 % номинальной

происходит переход на естественную коммутацию тиристоров инвертора (за счет ЭДС дви-

гателя). При увеличении

ЭДС двигателя уменьшается входной ток преобразователя. При

снижении входного тока до некоторой заданной уставки шунтируется добавочный резистор

дб

контактором КП. Вследствие этого входной ток увеличивается, и осуществляется даль-

нейший разгон агрегата до номинальной частоты вращения. При этом до скорости 50 % от

и искусственной коммутации тиристоров инвертора. При появлении очередного им-

пульса датчиков положения ротора формируется сигнал включения коммутирующего тири-

стора K

, и блок искусственной коммутации прерывает входной ток инвертора. С выдерж-

кой времени включается проходной тиристор K

и соответствующие тиристоры инвертора.

При каждой коммутации вектор тока статорных обмоток двигателя поворачивается на 30 эл.

град., и за счет этого обеспечивается поддержание

185

Пронин М. В., Воронцов А. Г., Калачиков П. Н., Емельянов А. П.

номинальной регулятор частоты не работает. При более высокой скорости в работу включа-

ется указанный регулятор и обеспечивает выход агрегата на номинальную частоту вращения.

При разработке ПР-50, наладке и испытаниях для анализа режимов работы использо-

вались математические модели системы.

Одна из моделей разработана для анализа электромеханических переходных и устано-

вившихся процессов. В

модели описаны питающая контактная сеть, 12-пульсный тиристор-

ный инвертор с блоком искусственной коммутации, 6-фазный синхронный двигатель, 3-

фазный синхронный генератор, системы возбуждения двигателя и генератора, нагрузка гене-

ратора и система управления.

Моделирование выполнено при разделении силовой схемы на взаимосвязанные под-

схемы, изображенные на рис.

6.4.6.

При математическом описании 6-фазного синхронного двигателя использована систе-

ма уравнений (2.2.1)-(2.2.15). При описании 3-фазного синхронного двигателя использована

система уравнений (2.1.1)-(2.1.15).

e11es11

e21es21

e31es31

i21

i11

u21

u11

es12

i12

i22

i32

u22

u12

u32

e32

e22

es32

es22

lad lэd lf

rrэd f

iэdiad

laq lэq

iaq

rэq

iэq

rd+rдб

eкс

eэ1

lкс

kэ1

lэ1

if1

ef1

ref1

lef1

lэ2

eэ2

kэ2

kэ1

Rогр

LzC

Kz1

rкс

uн1

uн2

uн3

lef2

lflэdlad

iн2

s21 e21

es31

iн3

e31

iaq

laq

iэq

lэq

rэq

iad iэd

rэd

if2

ef2

ref2

es11

iн1

e11

rн

lн

rн

lн

Двигатель

Генератор

Нагрузка

Возбудитель

двигателя

Возбудитель

генератора

Инве ртор

Сеть

БИК

Рис.6.4.6 Разделение силовой схемы ПР-50 на подсхемы при моделировании

Поскольку в электромашинном агрегате ПР-50 генератор и двигатель имеют общи

вал, то частота вр ями:

ащения ω и угол поворота ротора τ определялись уравнени

()

⎪

⎭

⎪

⎬

ω=

−−=

MMM

Jdt

cэмэм

(6.4.3)

⎫

ω 1

где J – момент инерции агрегата, M

эм1

и М

эм2

гателя

– электромагнитные вращающие моменты дви-

и генератора, М

– момент сопротивления на валу, обусловленный механическими и

добавочными потерями в генераторе и двигателе.

В двигателе и генераторе учитывается насыщение стали основными магнитными по-

токами, как описано в § 2.7. Параметры возбудителей приводятся к статорным цепям элек-

трических машин в соответствии с (2.3.1)-(2.3.6

186

Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

При моделировании системы использовано преобразование трехфазных обмоток дви-

гателя и тиристорных мостов инвертора в звенья выпрямленного тока с эквивалентными па-

раметрами e

э1

, l

э1

, k

э1

, e

э2

, l

э2

, k

э2

, как описано в § 4.1 и § 4.3. При этом выделены подсхемы с

тиристорными мостами и подсхема выпрямленного тока (см. рис.

6.4.6). Описание тиристор-

ных подсхем приведено в § 4.1. Описание подсхемы выпрямленного тока выполнено с уче-

том всех элементов, указанных в схеме рис.6.4.6, с учетом изменения состояния всех ключе-

вых элементов этой цепи.

Нагрузка преобразовательного агрегата представлена в модели индуктивностями фаз

и активными сопротивлениями r

. При холостом ходе агрегата индуктивности и активные

сопротивления нагрузки имеют большие значения. При набросе нагрузки эти параметры оп-

ределяются, исходя из заданных мощности и cosφ.

В связи с возможной модернизацией преобразователя ПР-50 рассматривались различ-

ные варианты выполнения систем возбуждения двигателя и генератора.

Один из вариантов системы возбуждения двигателя представлен на

рис.6.4.6 – он реа-

лизован в действующей установке. Рассматриваемый возбудитель содержит один транзистор

IGBT, работающий в режиме широтно-импульсного преобразования напряжения. Питается

возбудитель это на-

пряжение с ряжением

110 В поддерживает жно

отнести огра-

ниченн

В другом варианте возбудитель двигател выполняется по схеме рис.

6.4.7.

от источника постоянного напряжения 110 В. В начале процесса ска

оздается аккумуляторной батареей. После запуска агрегата сеть с нап

ся генератором. К недостаткам этого возбудителя мо

пу

ые возможности форсировки напряжения возбуждения. Иногда это проявляется в на-

чале пуска агрегата, если аккумуляторная батарея оказывается разряженной, и ее напряже-

ние существенно ниже 110 В.

ifd1

kfd1

if1

uf1

ief1

kfd2

ifd2 ift1 kft1

ift2 ifc1

kft2

rfc1

cf1

rfc2

cf2

ifc2

lf2

rf2

ifl2

ref1

lef1

ef1

Рис.6.4 ступенчатым преобразо

В ение и ть источ-

ника пи

ть входн тора воз-

будителя, l

, r

уктивность и активное ение входного

ft2

, k

fd2

–

транзистор и ди шающего преобразовате ения, c

, r

fc1

активное

сопротивление атора повышающего преобразователя, k

ft1

, k

fd1

р и диод

понижа хся режима анзистор

ft2

закр ьсног ния, по-

нижая н

от а пита еходных

режимах работы требуется форсировка напряжения возбуждения k

ft1

пол-

ностью открыва транзистор k

ft2

переходи широтно-импу еобразо-

вания, п

но, напряжени я.

Р элеме инальная

мощнос т мо ощность

на валу 80 кВт, ение 1500 В, частота 50 сть возбужден том ходу

0,707 кВт, ток в ения холостого хода 18,1 тивность расс ок стато-

ра в си

ассеян статора

при отк н дольной

оси 0,86 гн си 0 тивность

рассеяния демпферной системы по продольной 73 о.е., инду ассеяния

демпфе тивность расс тки воз-

буждени

опротивление статорных обмоток

.7 Транзисторный возбудитель с двух ванием напряжения

схеме рис.6.4.7 e , r , l

– ЭДС, активное сопротивл

и активн вление

и с

ндуктивно

f1 ef1 ef

тания 110 В

, c

, r

fc2

– емкос ое сопроти

го конденса

– инд опротивл дросселя, k

–

од повы ля напряж

емкость и

конденс

– транзисто

рющего преобразователя напряжения. В установивши

ает

х работы т

ыт, а транзистор k

ft1

работ

апряжен уждения u

в режиме широтно-импул

носитель точник

о преобразова

ие возб

но ЭДС ис ия e

. В пер

, , когда транзистор

ется, а

т в режим льсного пр

овышая напряжение на емкости c

и, следователь е нивозбужде

насчеты системы выполнялись при следующих параметрах

га н

тов. Ном

ть трехфазных обмоток дви теля 88,89 кВА, коэффицие щности 0,9, м

напряж Гц, мощно ия на холос

озбужд А, индук еяния обмот

мметричном режиме работы 0,0554 о.е., индуктивность

0,0 аг

я обмотки

пролюченной другой обмотке

4 о.е., инд вность нама

45 о.е., индуктивность нам

ичивания по ной о

ичивания по

,416укти попереч о.е., индук

оси 0,07

ук

ктивность р

орной системы по поперечной оси 0,0579 о.е., инд

0,072 о.

е., активное с

еяния обм

я по поперечной оси

187

Пронин М. В., Воронцов А. Г., Калачиков П. Н., Емельянов А. П.

0,0306

р имеет

практи

напряжения и

6000 Гц при форсировке возбуждения. Момент инерции агрегата 4,3 кгм

. При нагрузке

мощность на валу агрегата равна 60 кВт. Расчеты на модели, в том числе расчеты устано-

вившихся режимов работы, выполняются при разгоне агрегата из неподвижного состояния.

На рис.

6.4.8 представлен результат расчета электромеханических процессов в системе

при работе ПР-50 с номинальной частотой вращения, при мощности нагрузки 60 кВт, при

увеличении напряжения контактной сети с 2,6 кВ до 4 кВ за время 0,005 с.

о.е., активное сопротивление демпферной обмотки по продольной оси 0,0316 о.е., ак-

тивное сопротивление демпферной обмотки по поперечной оси 0,0354 о.е. Генерато

чески такую же конструкцию активной части, как и двигатель. Параметры генератора

близки к параметрам двигателя. Дроссель l

в цепи выпрямленного тока имеет индуктив-

ность 0,34 Гн, пусковое активное сопротивление r

дб

=150 Ом, токоограничивающее сопротив-

ление r

огр

=8 Ом. Цепи возбуждения питаются от источника с напряжением 110 В, частота

широтно-импульного преобразования напряжения 1000 Гц при понижении

Рис.6.4.8 Токи и напряжения ПР-50 при нагрузке 60 кВт

и увеличении напряжения контактной сети с 2,6 до 4 кВ

На рис.6.4.8 изображены напряжение контактной сети u

кс

, ток контактной сети i

кс

, на-

пряжения фаз двигателя u

, u

, токи фаз двигателя i

, i

, ток

возбуждения двигателя i

, а также ток намагничивания двигателя I

Как видно из рис.

6.4.8, при сохранении мощности нагрузки ПР-50 увеличенному зна-

чению напряжения контактной сети соответствует меньший ток. В начале и в конце процесса

инвертор работает приблизительно с тем же углом запаса δ. Система управления поддержи-

вает постоянный угол δ путем изменения тока намагничивания I

двигателя при соответст-

вующем изменении тока возбуждения i

и изменении напряжений фаз. Вместе с тем, при

скачкообразном увеличении напряжения контактной сети кратковременно увеличивается ток

сети. При этом угол запаса инвертора δ уменьшается до малых значений, и существует опас-

ность опрокидывания инвертора. Для устранения этой опасности выбирается сравнительно

большой угол инвертирования в установившихся режимах, и ограничивается допустимая

мощность нагрузки

агрегата. Следует отметить, что при схеме возбуждения двигателя

рис.

6.4.7 допустимая мощность нагрузки ПР-50 выше, чем при схеме возбуждения рис.6.4.6.

Другим характерным режимом работы ПР-50 является скачкообразное подключение

нагрузки к генератору. На рис.

6.4.9 представлена диаграмма электромеханического переход-

ного процесса при скачкообразном подключении к ПР-50 нагрузки мощностью 60 кВт (при

возбуждении генератора по схеме рис.

6.4.7). На рис.6.4.9 изображены следующие кривые:

ток контактной сети i

кс

, напряжения фаз генератора и нагрузки u

н1

, u

н2

, u

н3

, токи фаз генера-

тора и нагрузки i

н1

, i

н2

, i

н3

, напряжение входного конденсатора возбудителя генератора u

cf2

входной ток возбудителя генератора i

ef2

, ток входного дросселя возбудителя генератора i

fl2

напряжение возбуждения генератора u

, ток возбуждения генератора i

, пилообразные

188

Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

опорные напряжения возбудителя генератора u

оп1

и u

оп2

, напряжение управления возбудителя

генератора u

, электромагнитные моменты генератора и двигателя M

эм2

и M

эм1

Рис.6.4.9 Электромеханический переходный процесс

при подключении к ПР-50 нагрузки мощностью 60 кВт

При подключении к генератору нагрузки в напряжениях фаз возникает провал. Вслед-

ствие этого система регулирования резко увеличивает напряжение управления u

. При этом

напряжение управления выходит за пределы изменения пилообразного опорного напряжения

оп2

и входит в пределы изменения пилообразного опорного напряжения u

оп1

. Транзистор k

ft1

полностью открывается, а транзистор k

ft2

переходит в режим широтно-импульсного повыше-

ния напряжения. В данном случае стабилизация напряжения статора обеспечивается при

форсировке напряжения возбуждения u

в 4 раза относительно режима холостого хода.

При скачкообразном подключении нагрузки к генератору его вращающий момент

увелич до у омент

двигателя увеличивается сравнительно медленно, так как система управления двигателя реа-

гирует не на изменение момента на валу, а на изменение частоты вращения.

При выполнении

описанных расчетов существенное значение имеет оценка точности

математических моделей. Одна из оценок выполнена путем сравнения параметров, получен-

ных на математической модели при расчете установившихся режимов работы, и параметров,

измеренных на действующей установке на стенде «Электросилы». Некоторые результаты

этой работы отражены в таблицах

6.4.1 и 6.4.2.

Таблица 6.4.1 Характеристики ПР-50, рассчитанные на математической модели

, В U

, B I

, A I

, А I

, A P, кВт γ, град. δ, град. α, град.

ивается становившегося значения за долю периода. При этом вращающий м

1460 3200 18,1 14,6 26,3 57,9 6,1 35,2 138,7

1587 3498 16,5 13,4 27,6 57,7 5,2 33,1 141,7

1630 3671 15,7 12,8 28,3 57,6 5 32,5 142,5

1669 3854 14,9 12,2 29,1 57,4 4,7 31 144,3

189

Пронин М. В., Воронцов А. Г., Калачиков П. Н., Емельянов А. П.

Таблица 6.4.2 Характеристики ПР-50, полученные экспериментально

, В U

, B I

, A I

, А I

, A P, кВт γ, град. δ, град. α, град.

1410 3200 16,5 15 25 52,8 6,1 38,9 135

1533 3500 17 13,5 26,5 59,5 5,4 36,2 138

1597 3670 16,4 12,8 27,5 60,2 4,7 35,5 140

1642 3850 15 12 28,3 57,8 4,7 33,5 142

В экспериментальной установке измерения токов и напряжений производились стре-

лочными приборами. Углы коммутации γ, запаса δ и управления α определялись по осцилло-

граммам напряжений на тиристорах инвертора U

. Одна из осциллограмм, соответствующая

1 строке данных таблицы

6.4.2, представлена на рис.6.4.10.

Рис.6.4.10 Осциллограмма напряжения на тиристоре инвертора преобразователя

ПР-50 при нагрузке около 60 кВт и напряжении контактной сети 3200 В

§ 6.5 Машинно-вентильные преобразователи вагонов-

электростанций поезда «Аврора»

изац

пределах 49-51 Гц

при изменении нагрузки от 0 до номинальной, при отклонениях напряжения контактной сети

в пределах от 2,4 кВ до 4,0 кВ и при

кратковременных перерывах питания. Структурная схе-

ма системы преобразования электроэнергии изображена на рис.

6.5.1.

Установка включает в себя синхронный генератор ГСФ-200 с системой возбуждения

СВГ и высоковольтный привод генератора. Генератор имеет мощность 200 кВт, частоту

вращения 1500 об/мин, напряжение 380 В и частоту тока 50 Гц.

Высоковольтный привод включает в себя синхронный двигатель СД-185 с системой

возбуждения СВД и датчиком положения ротора ДПР, 12-пульсный зависимый инвертор И,

Для пассажирского поезда «Аврора» разработан вагон-электростанция с системой

преобразования постоянного напряжения контактной сети 3 кВ в стабилизированное трех-

фазное напряжение 400 В, 50 Гц. Электрооборудование изготовлено на «Электросиле». С

1998 года по настоящее время шесть вагонов-электростанций находится в эксплуатации на

Октябрьской железной дороге сообщения Москва - Санкт-Петербург. В 2003 году выполнена

поставка дополнительных

комплектов оборудования.

Вагон-электростанция содержит два преобразовательных агрегата, каждый из кото-

рых имеет номинальную мощность 185 кВт. Агрегаты обеспечивают стабил ию выходно-

го напряжения в пределах 360-400 В и стабилизацию выходной частоты в

190