Перспективы применения регулируемых источников тока в системах

Перспективы применения регулируемых источников тока в системах
нагружения машин постоянного тока для приводов
нефтегазопромыслового оборудования
Еркеев Р.Ф.
Научный руководитель: канд. техн. наук, доцент Конесев С.Г.
ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический
университет»,
г. Уфа
Известны системы динамического нагружения, в которых ток
(момент) электрической машины формируется за счет периодического
изменения ее параметров или питающего напряжения, что исключает
необходимость механического агрегирования испытуемой машины и
нагрузочного
устройства.
Однако,
послеремонтные испытания
электрических машин с применением классических систем динамического
нагружения не охватывают весь спектр формирования нагрузок,
эквивалентных конкретным технологическим режимам нефтегазовой
отрасли. В первую очередь это относится к процессам разгона и торможения,
когда значение тока в силовой цепи обычно составляет 22,5IН.
Формирование такого значения эквивалентного тока при помощи
динамического нагружения является недопустимым, поскольку мгновенные
значения тока якорной цепи могут достигать 35 IН. При ограничении тока на
допустимом уровне (использование принципов подчиненного регулирования,
узлы токоограничения) снижается значение формируемого эквивалентного
тока. Кроме того, колебания скорости при пуске электродвигателя привода
технологической установки (центробежный насос, газоперекачивающий
агрегат и т.д.) затрудняют формирование заданной тахограммы.
Снять ряд указанных недостатков для двигателей постоянного тока
(ДПТ) независимого возбуждения позволяют предложенные в системы с
переменной структурой (на участках разгона и торможения  режим
токоограничения; на участках с неизменной скоростью
 режим
динамического нагружения).
Однако, периодические изменения тока в якорной цепи могут привести
к значительному ухудшению коммутационных процессов в щеточноколлекторном узле, возникновению искрения, дуги и, как следствие,
дополнительному износу коллектора. Переменная составляющая момента
двигателя является причиной возникновения дополнительной вибрации, что
затрудняет определение собственного вибрационного и шумового фона
испытуемой машины. Неточности в определении параметров электрической
машины и, следовательно, в расчете управляющих воздействий могут
привести к несоответствию технологических и нагрузочных режимов.
В связи с этим, актуальным является поиск других технических
решений
формирования
технологической
нагрузки
в
системах
послеремонтных испытаний, эквивалентизированной с добычей и
транспортом нефти, газа и газоконденсата.
Отметим, что все рассмотренные системы нагружения включают в
свой состав преобразователи энергии, представляющие собой источники
ЭДС (напряжения), вследствие чего регулируемой координатой является
угловая скорость электрической машины. Если необходимо регулировать
другие координаты (момент, ток, мощность и т.п.) - используются
специальные регуляторы, воздействующие соответствующим образом на
ЭДС управляемого преобразователя и формирующие требуемые
характеристики.
В
промышленности
получили распространение
так называемые источники
тока, представляющие собой
Uc
индуктивно-емкостной
Uзт
СУ
преобразователь (ИЕП). Это
Uз
СИФУ
устройство
состоит
из
РТ
УП1
пассивных
элементов:
реакторов и конденсаторов.
РИТ
L
С
Его свойство - стабилизация
тока в нагрузке - основано на
L
явлении
резонанса
С
напряжений в контурах LC.
С
L
Многочисленные
схемные
решения
ИЕП
VD
Іит
VD
обладают рядом ценных
VD
VD
свойств и имеют высокие
VD
VD
технико-экономические
Ія
показатели. Функциональная
Uя
схема системы регулируемый
ДТ
Eя
источник тока - двигатель
постоянного тока (РИТ-ДПТ)
М
приведена на рис. 1. Ток
Д
 якорной цепи выражается как:
3
3
2
1
2
1
1
4
3
6
5
2
ОВ
Ів
Uзв
Мс
Uв
УП2
Рис.4. Функциональная схема системы
регулируемый источник тока - двигатель
постоянного тока
Iя 
k у k vd U з
Хр
,
k у , k vd
где
коэффициенты
преобразования управляемого
преобразователя
УП1
и
неуправляемого
выпрямительного моста; U з - напряжение задания;
Х L  X C  X р - реактивное сопротивление резонансных элементов.
Таким образом, ток якорной цепи пропорционален напряжению
задания и не зависит от сопротивления нагрузки, в качестве которой
выступает двигатель постоянного тока (Д), что создает предпосылки для
использования таких систем для формирования сложных нагрузочных
режимов при испытаниях машин постоянного тока. Заданная тахограмма
может быть реализована изменением магнитного потока посредством
реверсивного управляемого преобразователя в цепи возбуждения УП2.
Преобразователь УП1 может быть выполнен нереверсивным.
Необходимо отметить, что снижение магнитного потока (тока
возбуждения) приводит к уменьшению потерь, связанных с процессом
перемагничивания стали якоря, и потерь на активном сопротивлении
обмотки возбуждения (ОВ). Эквивалентное значение потока может быть
получено при гармоническом изменении задания U зв . Однако, изменение
знака магнитного потока приводит к возникновению тормозных режимов,
которые в системе РИТ имеют свои особенности.
Изменение полярности ЭДС якоря приводит к открыванию вентилей
выпрямителя ( VD1  VD6 ) и возникновению броска тока в якорной цепи
двигателя, величина которого зависит от начальной скорости торможения
привода, момента статического сопротивления
и механической
инерционности двигателя, а также от постоянных времени якорной цепи и
цепи возбуждения. В на основе регрессионных моделей, составленных по
методу направленного эксперимента, было доказано, что при самых
неблагоприятных условиях этот бросок составляет (4  4.5)I я , что является
недопустимым, так как может привести к выходу из строя исследуемого
двигателя при проведении послеремонтных испытаний.
Устранение указанного недостатка возможно с использованием
известных приемов последовательной и параллельной коррекции, тем более,
что за счет свойств источник тока (блокирование “внутреннего регулятора”
электромеханического преобразователя энергии) позволяет просто и
эффективно
осуществлять
регулирование
различных
координат
электропривода путем применения внешних корректирующих устройств.
Сигнал с датчика тока ДТ поступает на регулятор тока РТ, где
вырабатывается соответствующее управляющее воздействие U з  U зт  kдт  I я ,
что позволит поддерживать ток якоря на заданном уровне независимо от
режимов работы привода при проведении послеремонтных испытаний.
Таким образом, показано, что система РИТ-ДПТ при определенном
построении системы управления может быть использована для
формирования
нагрузочных
режимов,
позволяющих
полностью
эквивалентизировать технологический режим добычи и транспорта нефти,
газа и газоконденсата, а также испытания электрической машины.
Список использованной литературы:
1. Котеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л. Испытания и надежность электрических
машин. М., «Высшая школа», 1988. – 232с.
2. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. Л.:
Энергоатомиздат, 1984. – 408с.
3. Родькин Д.И. Системы динамического нагружения и диагностики
электродвигателей при послеремонтных испытаниях. М.: Недра, 1992. –
234с.
4.
Скворцов
И.В.,
Зачепа
Ю.В.,
Сергиенко
С.А.
Формирование
технологической нагрузки при послеремонтных испытаниях двигателей
постоянного тока// Вісник Кременчуцького державного політехнічного
університету, вып.2 – Кременчуг, 2004, C.50-52.
5. Ильинский Н.Ф. Электроприводы постоянного тока с управляемым
моментом. – М.: Энергоиздат, 1981. – 144с.