Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время нарастающая угроза экологического загрязнения окружающей среды вынуждает останавли- вать атомные и тепловые электростанции, расположенные в густонаселенных регионах. При этом дефицит электрической мощности в промышленных сетях особенно ощутимо сказывается па потребителях в сельской местности, предприятиях нефтедобывающей и других отраслей, где при наличии протяженной низковольтной сети питания в основном используются асинхронные двигатели /АД/ мощностью до 100 кВт, имеющие низкое значение коэффициента мощности.
В связи с этим необходимо ускорить работы, направленные на широкое использование в приводах промышленных установок синхронных двигателей /СД/ малой и средней мощности с электромагнитным возбуждением, которые благодаря своим конструктивным особенностям способны за счет регулирования тока возбуждения работать с высоким коэффициентом мощности при изменении нагрузки на валу или генерировать реактивную энергию в сеть для компенсации ее потребления АД
Практические работы по использованию в приводе станков-качалок на нефтепромысловых предприятиях ПО A3 НЕФТЬ и ТАТНЕФТЬ синхронных машин серии СДБ проведены сотрудниками Физико-энергетического института ЛАН, ВНИИэлектромаша и АзНефтехима, основанием для которых явилась заявка № /14-81/-63-83-11 Миннефтепрома СССР на разработку и освоение синхронного бесконтактного двигателя.
Опыт эксплуатации СД в условиях нефтепрмысловых предприятий показал перспективность использования машин серии СДБ при наличии простой и надежной в эксплуатации системы пуска и автоматического регулирования возбуждения /АРВ/.
Цель работы Исследование систем возбуждения бесконтактных синхронных машин с неподвижными обмотками возбуждения /ОВ/, разработка принципиально новых технических решений и создание на их основе образцов систем регулирования возбуждения СД, работающих в приводах станков-качалок на нефтепромысловых предприятиях.
Основные задачи. L Исследовать особенности работы СД в приводе нефтепромысловых механизмов и обосновать направления поиска новых конструкций систем регулирования тока возбуждения.
-
Исследовать эффективность работы новых нетрадиционных схем включения секций неподвижной О В.
-
Исследовать характеристики бесконтактного синхронного двигателя с сериеспой ОВ.
-
Разработать новые конструкции полупроводниковых систем АРВ и управления пуском СД мощностью до 100 кВт.
5 Разработать методику инженерного расчета опытных образцов машин серии СДБ с системой АРВ.
6. Провести промышленные испытания опытных образцов машин серии СДБ с системой АРВ в условиях нефтепромысловых предприятий.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались экспериментальные и аналитические мегоды исследования, принятые в электротехнике при анализе электрических машин. Достоверность основных теоретических положений подтверждена результатами экспериментов на моделях.
К защите представлены следующие положения:
1 Обоснование принципа работы новых систем возбуждения СД с расщепленной ОВ и параллельным полумостовым выпрямителем на основе анализа эпюр токов и напряжений.
2. Обобщение результатов экспериментального исследования
системы возбуждения и характеристик БСД с независимой расщепленной
ОВ и полумостовым выпрямителем и обоснование преимуществ
использования расщепленной ОВ по сравнению с традиционными
системами возбуждения.
3. Теоретическое и экспериментальное обоснование
эффективномсти улучшения характеристик БСД за счет включения
расщепленной ОВ в цепь якорной обмотки.
-
Обоснование принципа использования пороговых элементов в блоке управления /БУ/ полупроводниковой системе ЛРВ с целью ее упрощения и широкого применения для СД мощностью до 100 кВт.
-
Методика расчета полупроводниковых систем ЛРВ с БУ на пороговых элементах, составленная на основе анализа основных уравнений и учета реальных процессов, происходящих в цепях.
-
Обоснование и исследование систем управления пуском СД, разработанных автором, в которых используется параметрическая зависимость величины напряжения на конденсаторе от частоты скольжения ротора
-
Обобщение результатов опытной эксплуатации БСД с системой ЛРВ в условиях нефтепромысловых предприятий, подтвержающсс практическую ценность разработанных решений.
Научная новизна В диссертационной работе получены следующие новые результаты: Предложены и теоретически обоснованы новые конструкции систем электромагнитного возбуждения БСД с использованием расщепленной ОВ и параллельным полумостовым выпрямителем.
Показана возможность подключения секций расщепленной ОВ непосредственно к выводам источника переменного напряжения.
Теоретически и эксперимсптатьно исследованы формы токов и напряжений в системе возбуждения с расщепленной ОВ.
Исследованы характеристики БСД с независимой расщепленной ОВ.
Исследована взаимосвязь параметров расщепленной ОВ с величиной тока возбуждения БСД.
Рассмотрены условия работы системы возбуждения БСД с расщепленной ОВ и полумостовым выпрямителем в режиме сериссного включения в цепь тока якоря.
Методом математического моделирования исследованы
статические характеристики БСД с сериеспой ОВ при отклонениях питающего напряжения от номинального значения.
На основе схемы замещения БСД, составленной с учетом нелинейности параметров, эквивалентиругащнх мапштопровод и потери в стали, составлена программа для расчета на ЭВМ статических характеристик машины, работающей при регулируемом по заданному закону токе возбуждения.
Получены основные расчетные соотношения для полупроводниковой системы ЛРВ с управлением па пороговых элементах, связывающие еходньіє параметры регулирования фазное напряжение и ток якоря СД, с выходным параметром напряжением на ОВ.
Исследован процесс включения возбуждения машин серии СДБ с расщепленной ОВ при использовании ряда упрощенных систем управления пуском.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Предложены новые схемы систем возбуждения БСД с расщепленной ОВ, в которых двухполупериоднос выпрямление тока возбуждения осуществляется от полумостового выпрямителя.
Получены экспериментальные результаты, подтверждающие улучшение технико-экономических показателей БСД за счет использования сериесной ОВ без изменения конструктивных параметров машины.
Разработаны новые компактные схемы полупроводниковой системы ЛРВ и управления пуском с использованием пороговых элементов, ориентированные для широкого использования на СД мощностью до 100 кВт.
Разработана инженерная методика проектирования систем ЛРВ, по которой спроектированы и изготовлены на Экспериментальном электронно-механическом заводе ФЭЙ опытные образцы для машин серии СДБ 71-4Н и СДБ -1-4Н.
Внедрена в опытную эксплуатацию машина серии СДБ25054Н, оснащенная системой ЛРВ с управлением на пороговых элементах, использование которой в условиях нефтепромыслового предприятия ПО ЛЗІІЕФТЬ позволило получить экономический эффект 400 рублей в год на один электродвигатель.
Изготовлен макет БСД с системой компаундного возбуждения и показана возможность сериеспого включения расщепленной ОВ в цепь якорной обмотки машины серии СДБ.
Результаты работы использованы при выполнении задания по исследованию характеристик СД с переменной частотой вращения ротора по заказу ВНИИТяжпромзлектропроект, г. Москва
Апробація работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Второй и Третьей конференциях молодых ученых ФЭИ ЛЛН /Рига, 1979 и 1980 гг/ и на Всесоюзном конкурсе по экономии электрической и тепловой энергии /РигаД988/.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 10 Авторских свидетельств на изобретения, из которых
9 работ являются коллективными.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем текстовой части 123 страницы,
Похожие диссертации на Системы возбуждения бесконтактных синхронных машин с расщепленной обмоткой возбуждения и полумостовым выпрямителем (исследование и разработка)
