Разработанные методики [1] позволяют определить мощности, потребляемой всеми элементами схемы, за счет проведения ряда измерений и использования полученных зависимостей потерь в основных элементах схемы от подведенной к ним мощности. Это позволяет уточнить математическую модель процесса испытаний асинхронных двигателей методом их взаимной нагрузки. Таким образом, можно синтезировать математическую модель, учитывающую работу преобразователей частоты как реальных элементов схемы, работа которых привносит дополнительные потери в схеме испытаний. Последовательность получения такой математической модели показана на рисунке 1.
Рис. 1. Получение математической модели с учетом потерь в основных элементах схемы
Дополненная математическая модель работы асинхронных двигателей при испытании методом взаимной нагрузки представлена в виде системы уравнений (1).
(1)
Как отмечалось выше, система уравнений дополнена зависимостями потерь в основных элементах частотных преобразователей (выпрямителе и инверторе) от мощности, потребляемой асинхронным двигателем. Данная математическая модель является универсальной для каждой из предложенных схем испытаний [2].
Практическая ценность разработанных методик заключается в использовании общепромышленных электроизмерительных приборов, что позволяет отказаться от использования специализированных сложных электроизмерительных комплексов.
Использование результатов математического моделирования, с учетом потерь в основных элементах схемы, позволяет определить подведенную и генерируемую мощности; технические характеристики электроизмерительного оборудования, используемого во время испытаний, а также, при необходимости, коммутационного оборудования и требуемой во время испытаний мощности сети. Алгоритм определения параметров сети, коммутационного и защитного оборудования схемы испытаний асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки представлен на рисунке 2. Алгоритм выбора схемы для испытания асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки приведен на рисунке 3.
Подбор параметров испытуемых двигателей выполняется по данным каталогов, технических условий и конструкторских чертежей, для проведения математического моделирования процесса испытаний асинхронных двигателей.
Предварительный выбор схемы испытаний асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки выполняется с целью выбора математической модели для описания асинхронных двигателей с учетом конструктивных и функциональных особенностей схемы.
Расчет подводимой и генерируемой мощности испытуемых двигателей с помощью математической модели без учета потерь в основных элементах схемы (преобразователях частоты) позволяет предварительно оценить величину мощности [3], потребляемую из сети, что в случае схемы испытаний с нестандартным преобразователем частоты [2], также позволит определить токовую нагрузку на неуправляемый выпрямитель. Зная потребляемую мощность из сети, можно определить технические характеристики электроизмерительных приборов, коммутационной и защитной аппаратуры.
В соответствии с предварительно выбранной схемой испытаний, осуществляется сборка схемы для измерения потерь и мощности в основных элементах схемы, строят зависимости по выбранной методике, по которым в дальнейшем определяют их величины по измеренной подводимой мощности на определенном участке схемы. Зная потери в основных элементах схемы, уточняются значения параметров сети, технических характеристик электроизмерительных приборов, коммутационного и защитного оборудования схемы.
Рис. 2. Алгоритм определения коммутационного оборудования схемы испытаний асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки
Как правило, преобразователи частоты выбирают с полуторным запасом мощности двигателя, предназначенного для работы от него. С другой стороны, каждый преобразователь частоты может быть настроен для управления двигателем в половину меньшей мощности преобразователя. Таким образом, зависимости потерь в преобразователях частоты могут быть использованы для определения генерируемой и подводимой мощности асинхронных двигателей в широком диапазоне частот и мощностей двигателей от 50 до 100 % мощности преобразователя.
Параметры сети, коммутационного и защитного оборудования, определенные по алгоритму (рисунок 2) используются в алгоритме выбора схемы испытаний асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки (рисунок 3).
Рис. 3. Алгоритм выбора схемы для испытаний асинхронных тяговых двигателей методом взаимной нагрузки
Первым шагом в алгоритме выбора схемы испытаний является установление типа преобразователя, питающего тяговый двигатель в реальных условиях, как это реализовано на локомотиве. Если двигатель получает питание от преобразователя частоты с функцией рекуперации энергии, то следует использовать схему с одним преобразователем частоты с функцией рекуперации (рисунок 3). В противном случае, могут быть использованы одна из двух других предложенных схем: схема с двумя преобразователями частоты или схема с нестандартным преобразователем частоты.
Далее выполняется проверка соответствия работы схемы установленным нормам по показателям качества электрической энергии сети. В случае несоответствия требуется применение устройств помехоподавления и фильтров. Если работа схемы соответствует требованиям, то выполняется следующая проверка.
Проверка условия по допустимой загрузке сети реактивной мощностью выполняется только для схемы с одним преобразователем частоты с функцией рекуперации, т. к. в данной схеме выполняется обмен реактивной энергией между сетью и асинхронным генератором. Если условие не выполняется, то принимают решение об установке устройств компенсации реактивной мощности и вновь повторяют проверку условия.
После этого выполняются расчет технико-экономической эффективности схем испытаний асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки по результатам которого делается выбор в пользу той или иной схемы.
Литература:
- Харламов В. В., Попов Д. И., Литвинов А. В. Методика определения потребляемой мощности во время испытаний асинхронных тяговых двигателей методом взаимной нагрузки с учетом особенностей их питания // «Известия Транссиба». Научно-технический журнал. ОмГУПС. 2015. № 3. С. 53–62.
- Литвинов А. В. Совершенствование технологии испытаний асинхронных тяговых двигателей локомотивов: дис. канд. технических наук. Омский гос. университет путей сообщения, Омск, 2014.
- Авилов В. Д., Попов Д. И., Литвинов А. В. Математическая модель процесса испытаний асинхронных двигателей методом их взаимной нагрузки // Вестник СибАДИ. — Омск: СибАДИ. — 2013. — № 5 (33). — С. 75–81.
