Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів
Запропоновано перспективний напрямок проектування потужних синхронних двигунiв i систем керування ними. Напрям забезпечує успiшний запуск i синхронiзацiю двигуна з номiнальним вантаженням за зниженої напруги мережi живлення, зниження динамiчних навантажень елементiв приводу. Використання методу пiдв...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18699 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів / Г. Г. Пiвняк, В. I. Кириченко, В.В. Кириченко // Доп. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 97-102. — Бібліогр.: 1 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859841227993645056 |
|---|---|
| author | Півняк, Г.Г. Кириченко, В.І. Кириченко, В.В. |
| author_facet | Півняк, Г.Г. Кириченко, В.І. Кириченко, В.В. |
| citation_txt | Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів / Г. Г. Пiвняк, В. I. Кириченко, В.В. Кириченко // Доп. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 97-102. — Бібліогр.: 1 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Запропоновано перспективний напрямок проектування потужних синхронних двигунiв i систем керування ними. Напрям забезпечує успiшний запуск i синхронiзацiю двигуна з номiнальним вантаженням за зниженої напруги мережi живлення, зниження динамiчних навантажень елементiв приводу. Використання методу пiдвищує кiлькiсть запускiв пiдряд завдяки використанню програмного керування джерелами живлення двигуна.
A perspective direction of the planning of powerful synchronous engines and the control system is offered. This direction provides a successful start, the synchronization of an engine with the nominal loading under a low voltage of the power line, and a decrease of the dynamic loadings of elements of a drive. The use of the method increases the number of starts in succession due to the use of the program management of feeding sources of an engine.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:37:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621-926
© 2009
Академiк НАН України Г. Г. Пiвняк, В. I. Кириченко,
В.В. Кириченко
Перспективи удосконалення потужних синхронних
приводiв
Запропоновано перспективний напрямок проектування потужних синхронних двигунiв
i систем керування ними. Напрям забезпечує успiшний запуск i синхронiзацiю двигуна
з номiнальним вантаженням за зниженої напруги мережi живлення, зниження дина-
мiчних навантажень елементiв приводу. Використання методу пiдвищує кiлькiсть за-
пускiв пiдряд завдяки використанню програмного керування джерелами живлення дви-
гуна.
Вiдомi потужнi приводи, як правило, базуються на використаннi синхронних двигунiв iз
явно вираженими полюсами. До найбiльш несприятливих для їх надiйностi слiд вiднести
зниження напруги живлення в пускових режимах, резонанснi явища при збiгу частоти змiн-
ної складової електромагнiтного моменту з частотою власних коливань системи двигун —
робоча машина, режими синхронiзацiї i самозапуску. Вiдомi пристрої керування синхрон-
ними приводами нерiдко застарiлi або потребують значних коштiв. Проблема успiшного
запуску приводу за зниженої напруги статора нерiдко зумовлює завищений запас поту-
жностi i навiть використання частотного перетворювача. I хоча такий варiант вирiшення
проблеми є успiшним внаслiдок розганяння двигуна зi збудженим ротором (практично на
перевантажувальнiй здатностi), вiн має таку суттєву ваду як значна вартiсть перетворюва-
ча. Значно меншої потужностi — до 3. . . 5% вiд потужностi двигуна потребує впровадження
програмного керування збудником, однак метод ефективний лише в зонi малих ковзань,
коли забезпечується плавне входження двигуна в синхронiзм без подачi стрибком напру-
ги збудника при ковзаннi 5%. В зонi значних ковзань вiдчутного пiдвищення середнього
моменту двигуна цей метод не забезпечує. При використаннi пускових реакторiв не вирi-
шується проблема надiйного запуску двигуна з номiнальним навантаженням, оскiльки при
цьому для обмеження пускового струму рiвень напруги статора знижується зi зниженням
моменту двигуна на 28. . . 36%. А це вимагає пiдвищеного запасу встановленої потужно-
стi приводу i зумовлює його роботу у сталому режимi не з номiнальним навантаженням.
Зростають маса i цiна двигуна та його пусковий струм.
В Нацiональному гiрничому унiверситетi вiдпрацьованi новi принципи створення по-
тужних програмно керованих синхронних приводiв пiдвищеної надiйностi в пусковому та
економiчностi в сталому режимi. Iдея розробки — в оптимiзацiї спiввiдношення мiж момен-
тами вiд пускової обмотки та обмотки збудження при програмному формуваннi напруги
збудника, що забезпечує необхiдну якiсть асинхронних режимiв двигуна iз номiнальним
навантаженням навiть за умови iстотно зниженої напруги статора. В основi пропозицiй гi-
потеза, що в асинхронних режимах додатково пiдвищити надiйнiсть приводу з програмно
керованим збудником можливо, якщо ще на етапi проектування двигуна так пiдвищити
активний опiр пускової обмотки, що паспортний пусковий момент забезпечується за пони-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №9 97
женої (наприклад, через використання пускових реакторiв або при слабкiй мережi живлен-
ня) напруги статора. За традицiйного керування це автоматично знижує пусковий струм
i вхiдний момент, однак завдяки програмному керуванню збудником — яке найбiльш ефе-
ктивне в зонi малих ковзань — середнiй момент двигуна достатнiй для розганяння двигуна
до синхронної швидкостi включно навiть за важких умов запуску iз номiнальним наван-
таженням. А це дозволяє вибирати потужнiсть двигуна iз мiнiмальним запасом, що на
практицi означає зниження його маси та цiни на 10. . . 20% i забезпечує роботу в стало-
му режимi з близьким до номiнального ККД. Сприяє полiпшенню пускових властивостей
привода i часткове або повне регулювання розрядного опору в колi збудження впродовж
всього термiну розганяння двигуна.
Зазвичай проектування електричного двигуна складне, багатоварiантне завдання i
в цiлому зводиться до багатократного розрахунку залежностей мiж основними пока-
зниками у виглядi системи формул, емпiричних коефiцiєнтiв та графiчних залежнос-
тей, якi розглядаються як рiвняння для проектування. Однак унiверсального крите-
рiю оптимальностi не iснує. Пiдвищення надiйностi i термiну служби електричних ма-
шин нерiдко дають бiльший економiчний ефект порiвняно iз пiдвищенням ККД та
коефiцiєнта потужностi. Можна зробити цiлком виважений висновок, що удоскона-
лення двигуна та системи керування ним повинне базуватися не тiльки на бажаннi
отримати технiко-економiчнi переваги, а й на безумовному пiдвищеннi або збережен-
нi його надiйностi. Тому, розробляючи комплектний синхронний електропривод, слiд
враховувати, якi саме технiко-економiчнi переваги можливо отримати вiд нових рi-
шень та як вони вплинуть на надiйнiсть приводу порiвняно iз досягнутою на сьо-
годнi.
Новi пiдходи до проектування синхронних двигунiв та систем керування ними базую-
ться на тому, що розрахунок обмотки статора залишається незмiнним, а змiни стосуються
лише вибору параметрiв пускової обмотки та збудника i алгоритму керування ним, вибору
чи регулюванню розрядного опору у колi збудження. Вибiр параметрiв пускової обмотки
зводиться до визначення кiлькостi i розмiрiв стрижнiв та короткозамикальних сегментiв.
Для механiзмiв з важкими умовами пуску параметри пускової обмотки вибирають з ура-
хуванням вимог до кратностей пускових моменту µп i струму iп, а також вхiдного моменту
µвх. За незмiнних розмiрiв пiдвищити активнi опори пускової обмотки i µп можливо за ра-
хунок вибору для стрижнiв та кiлець матерiалу з бiльшим питомим опором. Однак при
цьому зменшується µвх i це слiд враховувати при керуваннi збудником та розрядним опо-
ром у колi збудження (зазвичай розрядний опiр вибирають на рiвнi до 10-кратного вiдносно
власного активного опору обмотки збудження).
Аналiз особливостей пускового режиму дозволив сформулювати перспективнi напрямки
вибору параметрiв пускової обмотки та системи керування синхронним двигуном, а саме:
активний опiр пускової обмотки повинен забезпечити необхiдну кратнiсть пускових мо-
менту i струму за мiнiмального рiвня напруги статора;
найбiльший опiр розрядного резистора у колi збудження обмежений допустимим рiв-
нем напруги на затискачах обмотки збудження, а найменший — вимогою щодо плавного
розганяння двигуна до синхронної швидкостi;
коефiцiєнт форсування напруги програмно керованого реверсивного збудника повинен
вибиратися з урахування вимог щодо плавного розганяння двигуна iз номiнальним наванта-
женням до синхронної швидкостi, обмеження коефiцiєнта динамiчностi та максимального
зниження напруги статора.
98 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №9
Згiдно з зазначеними положеннями, паспортнi пусковi момент та струм двигуна слiд
забезпечити за найменшого (допустимого) зниження δmax рiвня напруги статора. При цьо-
му вимоги щодо вхiдного моменту не враховуються як зайвi при використаннi програмно
керованого збудника. Таким чином, є можливiсть зберегти традицiйну послiдовнiсть визна-
чення параметрiв пускової обмотки з урахуванням зниження напруги на статорi до рiвня
umin = 1 − δmax. А це означає, що при проектуваннi двигуна iз номiнальною напругою
живлення пiдвищену кратнiсть пускового моменту µп max слiд вибирати як
µп max =
µп
(1 − δmax)2
. (1)
Що стосується паспортної кратностi пускового струму за номiнальної напруги живлен-
ня, то її можна залишити незмiнною. В результатi розрахунковi опори пускової обмотки
зростуть до
rmax
kd =
rkd
(1 − δmax)2
(2)
за поздовжньою вiссю та до
rmax
kq =
rkq
(1 − δmax)2
(3)
за поперечною вiссю. Реактивнi опори пiдсиленої пускової обмотки за незмiнних геоме-
тричних розмiрiв стрижнiв не змiнюються i це призводить до вiдомого зменшення деяких
постiйних часу двигуна.
Оцiнку ефективностi вiдпрацьованих нових принципiв створення комплектного приводу
дослiджено на прикладi серiйного синхронного двигуна СДМЗ 2-24-59-80УХЛ4 з номiналь-
ною потужнiстю 4 МВт, швидкiстю обертання 75 об/хв та опором розрядного резистора
у колi збудження 1,6 Ом. Враховано, що за рахунок живлення обмотки статора створює-
ться середня складова електромагнiтного моменту двигуна [1]
mec =
u2
mi
2
(
sin α
xdm
+
sin β
xqm
)
, (4)
а за рахунок живлення обмотки збудження вiд програмно керованого збудника — додатко-
вий середнiй момент
mei = −
umiu
m
fi sin γi
2f31
. (5)
Позначення в одержаних виразах вiдповiдають роботi [2]. При розрахунках механiчної
характеристики для врахування пiдвищених активних опорiв пускової обмотки постiйнi
часу T ′′
d0, T ′′
q , Tq, T ′
d слiд помножити на (1−δmax)
2. За номiнальної напруги статора механiчна
характеристика має вигляд залежностi 1 на рис. 1 i цiлком вiдповiдає паспортним даним
двигуна.
Вплив постiйного (незалежного вiд ковзання s) зниження δmax = 0,15 напруги статора
iлюструє залежнiсть 2 (див. рис. 1). Видно, що моменти пускової механiчної характерис-
тики знизилися в 1,34 рази i паспортнi кратностi пускового i вхiдного моментiв не забезпе-
чуються. Очевидно, що за номiнального навантаження двигуна його пуск i синхронiзацiя
неможливi.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №9 99
Рис. 1. До визначення ефективностi використання нових принципiв проектування комплектного синхрон-
ного електропривода нового поколiння:
1 — механiчна характеристика за номiнальної напруги статора; 2 — те саме при δmax = 0,15; 3 — при δmax =
= 0,15 i пiдсиленiй пусковiй обмотцi; 4 — при пiдсиленiй пусковiй обмотцi, δmax = 0,15 i керуваннi збудником;
5 — при пiдсиленiй пусковiй обмотцi, δmax = 0 i керуваннi збудником
Для полiпшення форми механiчної характеристики активнi опори пускової обмотки
збiльшенi згiдно з виразами (2) та 3), в результатi чого отримана нова форма механiчної
характеристики (залежнiсть 3 на рис. 1). Таким чином, пiдвищений опiр пускової обмотки
фактично забезпечив паспортний пусковий момент, однак при цьому критичний i вхiдний
моменти зменшилися, а успiшна синхронiзацiя лишилася неможливою. Для вирiшення цiєї
проблеми використане живлення обмотки збудження змiнною за знаком i частотою напру-
гою, що створює в асинхронному режимi додаткову складову середнього моменту двигу-
на. Результати розрахунку iз врахуванням ефекту вiд використання програмно керованого
збудника одержанi у виглядi залежностi 4 на рис. 1 i свiдчать про перспективнiсть запропо-
нованого методу полiпшення форми механiчної характеристики. Навiть за зниженої на 15%
напруги статора за рахунок оптимiзацiї розрядного опору та використання програмно керо-
ваного збудника з коефiцiєнтом форсування напруги 1,75 форма характеристики забезпечує
паспортнi кратностi пускового та вхiдного моментiв, причому розганяння двигуна до син-
хронної швидкостi забезпечене.
Для номiнального рiвня напруги живлення пiдсилена пускова обмотка та збiльшений до
6,5 Ом розрядний опiр зменшують термiн розганяння приводу iз вiдповiдним зниженням
нагрiвання обмоток (залежнiсть 5 на рис. 1). Кратнiсть пускового та найменшого моментiв
зросла до 1,6 i 2,1 вiдповiдно, що свiдчить про пiдвищену надiйнiсть запуску та синхро-
нiзацiї двигуна з номiнальним навантаженням. Слiд звернути увагу на те, що коефiцiєнт
форсування напруги збудника залишився незмiнним (1,75), хоча збудник став реверсивним,
а розрядний опiр у колi обмотки збудження оптимiзовано.
Доказом перспективностi вiдпрацьованих принципiв проектування комплектного еле-
ктроприводу нового поколiння є результати дослiдження динамiки пуску i самозапуску
млина самоподрiбнювання ММС-90 × 30 iз дослiджуваним синхронним двигуном iз зви-
чайною системою живлення його обмоток за номiнальної напруги живлення та зниженої
на 15% iз запропонованими удосконаленнями (рис. 2). Iз отриманих залежностей 1–3 ви-
дно, що за номiнальних напруги статора i навантаження двигун успiшно синхронiзується,
100 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №9
Рис. 2. Пуск приводу млина з номiнальним навантаженням за номiнальної напруги статора (залежностi
1–3 ) та її зниженнi на 15% iз пiдсиленою пусковою обмоткою та реверсивним збудником:
1, 4 — струм статора за номiнальної напруги i зниженої на 15%; 2, 5 — швидкiсть двигуна за тих же умов;
3, 6 — пружний момент за тих же умов
однак коефiцiєнт динамiчностi пружного моменту та пусковий струм становлять 3,38 та 9
вiдповiдно. Однак при традицiйному використаннi пускових реакторiв за зниженої напруги
на статорi двигун iз номiнальним навантаженням не синхронiзується.
Iз залежностей 4–6 рис. 2 випливає, що використання нових пiдходiв до створення ком-
плектного електропривода забезпечує успiшнi запуск i синхронiзацiю двигуна iз номiналь-
ним навантаженням при зниженнi напруги статора на 15% i бiльше з пропорцiйним знижен-
ням пускового струму. Одночасно коефiцiєнт динамiчностi пружного моменту знижується
з 3,38 до 2,6. Зниження напруги статора забезпечує використання пускових реакторiв або
регулятора напруги статора. За номiнального рiвня напруги двигун розганяється значно
швидше, однак, динамiчнi навантаження приводу зростають.
На закiнчення зробимо такi висновки.
1. Для пiдвищення надiйностi потужного синхронного приводу в пускових режимах слiд
поєднати можливостi програмного формування механiчної характеристики в зонi малих
ковзань та пiдвищення пускових моментiв за рахунок збiльшення активного опору пускової
обмотки.
2. Вибiр розрядного опору кола збудження та опору пускової обмотки вимагає оптимi-
зацiї їх спiввiдношення та коефiцiєнта форсування напруги збудника з метою зменшення
запасу встановленої потужностi приводу, нагрiвання обмоток двигуна та зменшення коефi-
цiєнта динамiчностi у пусковому режимi з допустимим зниженням напруги статора.
1. Пивняк Г. Г., Школа Н.И., Кириченко В. В. Роль программного управления в обеспечении надежно-
сти многомассовых систем с синхронными электроприводами // Металлург. и горноруд. пром-ть. –
2002. – № 3. – С. 81–87.
Надiйшло до редакцiї 22.12.2008Нацiональний гiрничий унiверситет,
Днiпропетровськ
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №9 101
Academician of the NAS of Ukraine G.G. Pivnyak, V. I. Kyrychenko,
V.V. Kyrychenko
Prospects of improvement of powerful synchronous drives
A perspective direction of the planning of powerful synchronous engines and the control system
is offered. This direction provides a successful start, the synchronization of an engine with the
nominal loading under a low voltage of the power line, and a decrease of the dynamic loadings of
elements of a drive. The use of the method increases the number of starts in succession due to the
use of the program management of feeding sources of an engine.
102 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №9
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18699 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:37:11Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Півняк, Г.Г. Кириченко, В.І. Кириченко, В.В. 2011-04-07T20:29:12Z 2011-04-07T20:29:12Z 2009 Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів / Г. Г. Пiвняк, В. I. Кириченко, В.В. Кириченко // Доп. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 97-102. — Бібліогр.: 1 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18699 621-926 Запропоновано перспективний напрямок проектування потужних синхронних двигунiв i систем керування ними. Напрям забезпечує успiшний запуск i синхронiзацiю двигуна з номiнальним вантаженням за зниженої напруги мережi живлення, зниження динамiчних навантажень елементiв приводу. Використання методу пiдвищує кiлькiсть запускiв пiдряд завдяки використанню програмного керування джерелами живлення двигуна. A perspective direction of the planning of powerful synchronous engines and the control system is offered. This direction provides a successful start, the synchronization of an engine with the nominal loading under a low voltage of the power line, and a decrease of the dynamic loadings of elements of a drive. The use of the method increases the number of starts in succession due to the use of the program management of feeding sources of an engine. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Енергетика Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів Prospects of improvement of powerful synchronous drives Article published earlier |
| spellingShingle | Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів Півняк, Г.Г. Кириченко, В.І. Кириченко, В.В. Енергетика |
| title | Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів |
| title_alt | Prospects of improvement of powerful synchronous drives |
| title_full | Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів |
| title_fullStr | Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів |
| title_full_unstemmed | Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів |
| title_short | Перспективи удосконалення потужних синхронних приводів |
| title_sort | перспективи удосконалення потужних синхронних приводів |
| topic | Енергетика |
| topic_facet | Енергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18699 |
| work_keys_str_mv | AT pívnâkgg perspektiviudoskonalennâpotužnihsinhronnihprivodív AT kiričenkoví perspektiviudoskonalennâpotužnihsinhronnihprivodív AT kiričenkovv perspektiviudoskonalennâpotužnihsinhronnihprivodív AT pívnâkgg prospectsofimprovementofpowerfulsynchronousdrives AT kiričenkoví prospectsofimprovementofpowerfulsynchronousdrives AT kiričenkovv prospectsofimprovementofpowerfulsynchronousdrives |