Что не является ограничивающим фактором при повышении частоты питающего напряжения
Перейти к содержимому

Что не является ограничивающим фактором при повышении частоты питающего напряжения

  • автор:

Зависимость напряжения от частоты питающего тока

Надо заметить, что напряжение и разность потенциалов – это одно и то же. По сути, это сила, которая способна заставить электрические заряды двигаться потоком. Не имеет значения, куда будет направлено это движение.

Разность потенциалов – просто другое выражение для напряжения. Оно нагляднее и, может быть, понятнее, но сути дела не меняет. Поэтому главный вопрос состоит в том, откуда берется напряжение, и от чего оно зависит.

В том, что касается домашней сети 220 Вольт, ответ простой. На гидростанции поток воды вращает ротор генератора. Энергия вращения трансформируется в силу напряжения. Атомная электростанция вначале превращает воду в пар. Он и крутит турбину. В бензоэлектростанции ротор вращает сила сгорающего бензина. Есть и другие источники, но суть всегда одна и та же: энергия превращается в напряжение.

Самое время задаться вопросом о зависимости напряжения от частоты. Но мы еще не знаем, откуда берется частота.

Виды мощностей

Мощностью называется измеряемая физическая величина, которая равна скорости изменения с преобразованием, передачей или потреблением системной энергии. Согласно более узкому понятию, это показатель, который равен отношению затраченного времени на работы к самому периоду, который тратится на работу. Обозначается в механике символом N. В электротехнической науке используется буква P. Нередко можно увидеть также символ W, от слова ватт.

Мощность переменного тока -это произведение силы тока с напряжением и косинусом сдвига фаз. При этом беспрепятственно можно посчитать только активную и реактивную разновидность. Узнать полное мощностное значение можно через векторную зависимость этих показателей и площади.


Основные мощностные разновидности

Активная мощность

Активной называется полезная сила, определяющая процесс прямого преобразования электроэнергии в необходимый вид силы. В каждом электроприборе преобразовывается она по-своему. К примеру, в лампочке получается свет с теплом, в утюге — тепло, а в электрическом двигателе — механическая энергия. Соответственно, показывает КПД устройства.


Активная разновидность

Реактивная мощность

Реактивной называется та, которая определяется при помощи электромагнитного поля. Образуется при работе электроприборов. Обратите внимание! Это вредная и паразитная мощностная характеристика, которая определяется тем, каков характер нагрузки. Для лампочки она равняется нулю, а для электродвигателя она может быть равна большим значением.

Разница между величинами в том, что активно действующая мощностная характеристика показывает КПД устройств, а реактивная является передачей этого КПД. Разница также наблюдается в определении, символе, формуле и значимости.

Обратите внимание! Что касается значения, то вторая нужна лишь для того, чтобы управлять создавшимся напряжением от первой величины и преодолевать мощностные колебания. Обе измеряются в ваттах и имеют большое значение в электромагнитном излучении, механической форме генератора или акустической волне. Активно применяются в промышленности.


Реактивная разновидность

Полная мощность

Полная — это сумма активной с реактивной мощностью. Равна сетевому мощностному показателю. Это произведение напряжения с током в момент игнорирования фазы угла между ними. Вся рассеиваемая с поглощаемой и возвращаемой энергией — это полная энергия.

Это произведение напряжения и тока, единица измерения которого это ватт, перемноженный на ампер. При активности цепи, полная равняется активной. Если речь идет об индуктивной или емкостной схеме, то полная больше, чем активная.

Вам это будет интересно Как воздействует электрический ток на организм человека


Полная разновидность

Комплексная мощность

Это сумма всех мощностных показателей фаз источника электроэнергии. Это комплексный показатель, модуль которого равняется полному мощностному показателю электроцепи. Аргументом является фазовый сдвиг между электротоком с сетевым напряжением. Может быть выражена уравнением, где суммарный мощностный показатель, который генерируют источники электроэнергии, равен суммарному мощностному показателю, который потребляется в электроцепи.

Обратите внимание! Вычисляется посредством использования соответствующей формулы. Так, необходимо комплексное напряжение перемножить на комплексны ток или же удвоенное значение комплексного тока перемножить на импеданс. Также можно удвоенное значение комплексного напряжения поделить на удвоенное значение импеданса.


Комплексная разновидность

Что является источником частоты

Тот же самый генератор. Частота его вращения превращается в одноименное свойство напряжения. Вращайте генератор быстрее – частота будет больше. И наоборот.

Хвост не может «вилять» собакой. По той же причине частота не может изменить напряжение. Следовательно, выражение «зависимость напряжения от частоты тока» не имеет смысла?

Чтобы найти ответ, надо правильно сформулировать вопрос. Есть такая присказка про глупца и 10 ученых мужей. Он задавал неправильные вопросы, а они не могли ответить.

Если назвать напряжение другим определением, все встанет на свои места. Оно применяется для цепей, состоящих из множества разных сопротивлений. «Падение напряжения». Оба выражения часто считаются синонимами, что почти всегда неправильно. Потому что падение напряжения действительно может зависеть от частоты.

С чего бы напряжению падать?

Да просто потому, что не может не падать. Итак. Если на одном полюсе источника потенциал равен 220 Вольт, а на другом – ноль, то это падение могло произойти только в цепи. Закон Ома говорит о том, что, если в сети имеется одно сопротивление, то все напряжение на нем и упадет. Если два и больше – каждое падение будет пропорционально его величине, а их сумма равна исходной разности потенциалов.

Ну и что? Где здесь указание на зависимость напряжения от частоты тока? Пока что все зависит от величины сопротивления. Вот, если бы найти такой резистор, который меняет свои параметры при изменении частоты! Тогда и падение напряжения на нем менялось бы автоматически.

Частота тока

На постоянном токе поток носителей электрозарядов не меняет свое направление во времени, хотя мгновенная его величина может меняться. На переменном токе ток периодически изменяет направленность. Количественная характеристика этого изменения – это частота электрического тока.

Измерение частоты тока осциллографом

Измерение частоты тока осциллографом

Есть такие резисторы

Их еще называют реактивными, в отличие от активных собратьев. На что же они реагируют, изменяя свою величину? На частоту! Существует 2 вида реактивных сопротивлений:

Каждый вид связан со своим полем. Индуктивное – с магнитным, емкостное – с электрическим. На практике они представлены в первую очередь, соленоидами.

Они представлены на фото выше. И конденсаторами (ниже).

Их можно считать антиподами, потому что реакция на изменение частоты прямопротивоположная. Индуктивное сопротивление растет с частотой. Емкостное, наоборот, падает.

Теперь, учитывая особенности реактивных сопротивлений, в соответствии с законом Ома, можно утверждать, что зависимость напряжения от частоты переменного тока существует. Она может быть рассчитана с учетом величин реактивных сопротивлений в цепи. Только для ясности надо помнить, что речь идет именно о падении напряжения на элементе цепи.

Характеристики

Переменный ток течет по цепи и меняет свое направление с величиной. Создает магнитное поле. Поэтому его нередко называют периодическим синусоидальным переменным электротоком. Согласно закону кривой линии, величина его меняется через конкретный промежуток времени. Поэтому он называется синусоидным. Имеет свои параметры. Из важных стоит указать период с частотой, амплитудой и мгновенным значением.

Период — это то время, на протяжении которого происходит изменение электротока, а затем оно повторяется вновь. Частота — период течение за секунду. Измеряется в герцах, килогерцах и миллигерцах.

Амплитуда — токовое максимальное значение с напряжением и эффективностью протекания на протяжении полного периода. Мгновенное значение — переменный ток или напряжение, возникающее за конкретное время.

Вам это будет интересно На какую мощность рассчитан автомат 16а


Характеристики переменного тока

И все-таки она существует!

Вопросительный знак в заголовке статьи превратился в восклицательный. «Яндекс» реабилитирован. Осталось только привести формулы зависимости напряжения от частоты для разных видов реактивных сопротивлений.

Емкостное: XC = 1/(w · C). Здесь w — угловая частота, C — емкость конденсатора.

Индуктивное: XL = w · L, где w — то же, что и в предыдущей формуле, L — индуктивность.

Как видно, частота влияет на величину сопротивления, изменяя его, следовательно, изменяет и падение напряжения. Если в сети имеется активное сопротивление R, емкостное XC и индуктивное XL, то сумма падений напряжений на каждом элементе будет равна разности потенциалов источника: U = Ur + Uxc+ Uxl.

Нормируемые требования к показателям

В РФ требования к качеству работы энергосистемы стандартизированы.

В соответствии с ГОСТ 13109-97 частота в энергосистеме должна непрерывно поддерживаться на уровне f = 50 ± 0,2 Гц, при этом допускается кратковременное отклонение частоты до значения ∆f = 0,4 Гц.

Анализируя зависимость силы тока от частоты, можно сделать вывод, что если подключаемая нагрузка имеет чисто активный характер (к примеру, резистор), то в широком диапазоне сила тока от частоты иметь зависимость не будет. В случае достаточно высоких частот, когда индуктивность и ёмкость подключаемой нагрузки будут характеризоваться сопротивлением, сравнимым с активным, то сила тока будет иметь определенную зависимость от частоты.

Другими словами, при варьировании частоты тока происходит изменение ёмкостного сопротивления, изменение которого, в свою очередь, приводит к изменению тока, протекающего по цепи.

То есть при повышении частоты, снижается ёмкостное сопротивление, и повышается ток, протекающий по цепи.

Математическое выражение зависимости будет иметь следующий вид: I = UCω;

Зависимость при учете активного сопротивления будет определяться следующим выражением: I (ω) = UCω √(R2 • C2 • ω2 + 1).

Как узнать какая мощность в цепи переменного тока

Стоит указать, что это величина, которая прямо связывается с иными показателями. К примеру, она находится в прямой зависимости от времени, силы, скорости, вектора силы и скорости, модуля силы и скорости, момента силы и частоты вращения. Часто в формулах во время вычисления электромощности используется также число Пи с показателем сопротивления, мгновенным током, напряжением на конкретном участке электрической сети, активной, полной и реактивной силой. Непосредственно участник вычисления это амплитуда, угловая скорость и начальная сила тока с напряжением.


Формула мощности в цепи переменного тока

В однофазной цепи

Понять, какой мощностный показатель есть в однофазной цепи переменного тока, можно при помощи применения трансформатора тока. Для этого необходимо воспользоваться ваттметром, который включен через токовый трансформатор. Показания следует перемножить на трансформаторный коэффициент тока. В момент измерения мощности в высоком напряжении трансформатор тока необходим, чтобы заизолировать ваттметр и обеспечить безопасность пользователя. Параллельна цепь включается не непосредственным способом, а благодаря трансформатору напряжения. Вторичные обмотки с корпусами измерительных трансформаторных установок необходимо заземлять во избежание случайного изоляционного повреждения и попадания высокого напряжения на приборы.

Обратите внимание! Для определения параметров в сети необходимо амперметр перемножить на трансформаторный коэффициент тока, а цифры, полученные вольтметром, перемножить на трансформаторный коэффициент напряжения.

В трехфазной цепи

В цепи переменного тока мощностный показатель в трехфазной цепи определить можно, перемножив ток на напряжение. Поскольку это непостоянный электроток, он зависит от времени и других параметров, поэтому необходимо использовать другие проверенные схемы. Так, можно использовать ваттметр.

Измерение должно быть проведено только в одной фазе и по формуле умножено на три. Этот способ экономит приборы и уменьшает габариты измерения. Применяется для высокой точности измерения каждой фазы. В случае несимметричной нагрузки, нужно использовать соответствующую схему подключения ваттметра. Это более точный способ, но требует наличие трех ваттметров.

Влияние частоты тока на электроприборы

Далее рассмотрим влияние частоты электрического тока. Увеличение частоты до сравнительно невысоких величин (1 — 10 тыс. Гц), обычно является следствием исключительно повышения номинальной мощности электроаппаратуры, поскольку таким образом возрастает проводимость газовых промежутков. Для измерения частоты в системе используют частотомеры.

Паровая турбина разрабатываются и создаются таким образом, чтобы при номинальной скорости вращения (частоте) обеспечивалась максимальная выходная мощность на валу. При этом уменьшение номинальной частоты является следствием возникновения потерь на удар пара о лопатки с единовременным повышением момента вращения, а повышение частоты — к снижению момента вращения.

Таким образом, наиболее экономичный режим работы достигается при оптимальной частоте.

Помимо этого, работа на пониженных частотах приводит к ускоренному износу рабочих лопаток и прочих частей и механизмов. Снижение частоты оказывает влияние на расход на собственные нужды станций.

Экономия энергии и точное управление системами являются основными причинами применения преобразователей частоты в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха HVAC (Отопление, Вентиляция и Кондиционирование). Экономия энергии важна, так как небольшое уменьшение оборотов вентилятора или центробежного насоса имеет очень большое влияние на потребление им энергии.

КПД вентиляторов или насосов вместе с преобразователем частоты остается высоким на пониженных оборотах. КПД двигателя, однако, падает, поскольку двигатель становится недозагруженным. Изготовители преобразователей частоты предприняли попытки улучшить КПД двигателей на малых оборотах, используя ряд конструктивных решений. К сожалению, большинство из этих решений требует кропотливой ручной регулировки и все еще не может оптимизировать КПД двигателя во всех условиях.

Преобразователь частоты VLT HVAC Drive имеет уникальную функцию управления, называемую автоматической оптимизацией энергопотребления AEO (Automatic Energy Optimization). Благодаря этой функции преобразователь частоты автоматически увеличивает КПД двигателя до максимума в любых условиях работы.

Ниже рассматривается причина уменьшенного КПД двигателя при малых нагрузках и способ, которым функция AEO противодействует этой естественной тенденции. Рассматриваются также применение и ограничения данной функции.

Работа двигателя

В асинхронных электродвигателях переменного тока крутящий момент на валу двигателя создается магнитным полем внутри двигателя. Напряженность этого магнитного поля и возникающий в результате крутящий момент меняются вместе с требованием по нагрузке на двигателе. Более высокая нагрузка требует более высокого крутящего момента, что означает, что двигатель потребляет больше тока из линии питания. Хотя обороты двигателя остаются относительно постоянными, потребляемый ток может меняться существенно.

Если полный крутящий момент двигателя не требуется, то не требуется и полное магнитное поле. Ток, который создает чрезмерное магнитное поле, не дает положительного эффекта и генерирует реактивный ток, который тратит энергию и создает тепловое напряжение. Избыточный ток даже более очевиден на малом крутящем моменте, когда реактивный ток растет по сравнению с действительной составляющей тока. Это основная причина, почему малонагруженные двигатели демонстрируют низкий КПД, что и будет обсуждаться ниже более подробно.

Чтобы ограничить ток через двигатель, ограничивается подаваемое на двигатель напряжение. Хотя это и кажется простым, в действительности это не так. Слишком уменьшенное напряжение приводит к чрезмерному скольжению ротора двигателя, которое в свою очередь приводит к большому потреблению тока. Тепло, создаваемое этим током, может серьезно повредить двигатель. Поскольку слишком сильное неконтролируемое снижение напряжения может повредить двигатель, большинство изготовителей преобразователей частоты избегают уменьшения напряжения двигателя до оптимального уровня.

Влияние изменения частоты на работу электрических систем

Для электроэнергии основные показатели качества: напряжение и частота, для тепловой энергии: давление, температура пара и горячей воды. Частота связана с активной мощностью (Р), а напряжение с реактивной мощностью (Q).

Все вращающиеся машины и агрегаты рассчитаны таким образом, что экономический коэффициент полезного действия достигается при номинальном числе оборотов в минуту: n = 60f/p ,

где: n — число оборотов в минуту, f — частота тока в сети, p — число пар полюсов.

Частота переменного тока , вырабатываемая генераторами, есть функция числа оборотов турбины. Число оборотов механизмов — функция частоты.

На рис. 1 представлены относительные статические характеристики нагрузки для энергосистемы по частоте.

Анализ зависимостей на рис.1 показывает, что при уменьшении частоты снижается число оборотов двигателя, снижается производительность машин и механизмов.

1. Текстильная фабрика дает брак при изменении частоты от номинальной, т к. изменяется скорость движения нити и станки дают брак.

2. Насосы (питательные), вентиляция (дымососы) тепловых электростанций зависят от числа оборотов: давление пропорционально « n 2 », потребляемая мощность « n 3 », где n — число оборотов в минуту;

3. Активная мощность нагрузки синхронных двигателей пропорциональна частоте (при снижении частоты на 1%, активная мощность нагрузки синхронного двигателя уменьшается на 1%);

4. Активная мощность нагрузки асинхронных двигателей уменьшается на 3% при снижении частоты на 1%;

5. Для энергосистемы снижение частоты на 1% приводит к уменьшению суммарной мощности нагрузки на 1-2%.

Изменение частоты влияет на работу самих электростанций. Каждая турбина рассчитана на определенное число оборотов, то есть при падении частоты снижается вращающий момент турбины. Падение частоты влияет на собственные нужды электростанции и в результате может наступить нарушение работы агрегатов станции.

При понижении частоты из-за нехватки активной мощности снижается нагрузка потребителей, чтобы поддержать частоту на прежнем уровне . Степень изменения нагрузки при изменении частоты на единицу называется регулирующим эффектом нагрузки по частоте . Процесс нарушения устойчивой работы электростанции из-за падения частоты и при отсутствии резерва активной мощности называется лавиной частоты.

Если f =50 Гц, критическая частота при которой производительность основных механизмов собственных нужд электростанций снижается до нуля и наступает лавина частоты — 45 — 46 Гц.

При падении частоты снижается э.д.с. генератора (т.к. понижается скорость возбудителя) и снижается напряжение в сети.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Чем страшны колебания частоты в электросети

Частота переменного тока, используемого мировыми потребителями электроэнергии, допускает два стандарта. Практически во всех странах обоих Америк, Саудовской Аравии и ряде островных государств частота электросети составляет 60Гц, в остальных странах, включая Россию, электрооборудование потребляет переменный ток промышленной частоты 50Гц. Физически частоту переменного тока электросети легко представить в виде частоты вращения генераторов электростанций, точнее их подвижных частей – роторов.

Это один из наиболее важных параметров, характеризующих электрическую сеть, недаром отклонениям частоты в стандарте качества электроэнергии уделено особое внимание. Среди продолжительных отклонений напряжения от номинальных параметров, колебания частоты стоят на первом месте, и лишь потом сосредотачивается внимание на отклонениях напряжения. Стандартом ГОСТ 32144-2013 установлено максимальное отклонение значения частоты от принятых 50 герц, которые составляют ±0.4Гц. При этом номинальные значения частоты должны находиться в пределах 50±0.2Гц.

В чем опасность отклонений от нормально допустимых значений?

Чтобы оценить ущерб, который может принести факт изменения, в частности снижения частоты переменного тока, проблему следует рассматривать в двух аспектах: технологическом и электромагнитном. В обоих вариантах изменение частоты оборачивается экономическими потерями, в той либо иной степени несущими материальный ущерб.

В первом случае снижение частоты ведет к нарушению технологических процессов, связанных с замедлением работы производственного оборудования. Иллюстрацией этому служат частотные преобразователи – регуляторы частоты, предназначенные для плавного пуска мощных электродвигателей. Таким образом, в лучшем случае падает производительность оборудования, в худшем приводит к производству брака.

Электромагнитные потери связаны с изменением баланса реактивных и активных мощностей. Это негативным образом отражается на эффективности работы электрооборудования, так, например понижению частоты питающей сети на 1% сопутствует снижение мощности нагрузки асинхронного двигателя на 3%.

Неблагоприятным образом отклонения от основной частоты сказываются на электрооборудовании с сердечниками из электротехнической стали. Разогрев магнитопроводов приводит к общему нагреву электродвигателей, силовых трансформаторов, что в целом отражается на ресурсах оборудования.

Критично к понижению частоты и собственное технологическое оборудование электростанций. При значительных отклонениях (46 … 45Гц), связанных со снижением активной мощности, наступает так называемая «лавина частоты», происходит отключение энергосистемы.

Опасны для электрооборудования ситуации в случаях повышения частоты, как правило, возникающих при резком снижении потребителями электрической энергии нагрузки. Избыточная мощность в первую очередь опасна для оборудования электростанции. Повышение частоты питающего напряжения приводит к увеличению скорости вращения двигателя асинхронного типа, однако вращательный момент при этом падает. В случае отсутствия запаса по мощности это приводит торможению электродвигателя, вплоть до полного останова.

В дилетантской среде существует ошибочное мнение, что к изменениям частоты критично качество изоляции, вызывающее ее старение. Это не совпадает с действительностью, поскольку боится изоляция воздействия высших гармоник, а отклонения в несколько герц ей не страшны. Причина деструктивных процессов материала изоляции вызвана плохой синусоидальностью напряжения обусловленной наличием гармоник, кратных частоте основного напряжения. Правда, гармоники негативным образом отражаются и на самом оборудовании, что определяет необходимость борьбы с этим явлением.

В нашей компании Вы можете заказать измерение качества электроэнергии, посмотреть информацию о стоимости и порядке проведения работ можно здесь

Остались вопросы?

Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.

Нефть, Газ и Энергетика

Блог о добычи нефти и газа, разработка и переработка и подготовка нефти и газа, тексты, статьи и литература, все посвящено углеводородам

Эксплуатация скважин оборудованных уэцн с частотно-регулируемым приводом.

Эксплуатация УЭЦН с помощью частотно-регулируемого привода позволяет преследовать следующие цели:

— достижение максимального дебита скважины за счет оптимизации работы погружного оборудования;

— принятие решения о дальнейшей оптимизации скважин за счет спуска большего типоразмера УЭЦН (если при достижении максимальной частоты не выбран потенциал скважины);

— сохранить работоспособность погружного оборудования.

При повышении частоты питающего напряжения необходимо учитывать зависимости изменения параметров погружного оборудования (закон подобия). Ограничивающими факторами при повышении частоты являются:

§ запас мощности погружного двигателя – при повышении частоты мощность изменяется линейно, в то время, когда потребляемая насосом мощность изменяется с кубической зависимости, и наступает момент, когда двигатель не сможет выдать необходимую насосу мощность (вырастет ток и произойдет остановка по перегрузу);

§ прочность валов погружной системы – при повышении частоты растет нагрузка на вал (т.к. меняется напор, производительность, и момент сопротивления вращению вала) и, выбрав погружной двигатель с большим запасом по мощности имеется риск скручивания вала, особенно при наличии в перекачиваемой жидкости механических примесей (эффект подклинивания);

§ глубина спуска УЭЦН – при повышении частоты в квадратичной зависимости увеличивается напор насоса и существует риск, что напор может превысить глубину спуска УЭЦН и произойдет остановка по недогрузу (когда насос откачает всю жидкость до приема насоса и перейдет в режим холостого хода).

При понижении частоты ограничивающими факторами являются:

§ напор насоса – при снижении частоты напор насоса ЭЦН снижается в квадратичной зависимости и может произойти момент, когда энергии насоса (напора) не хватит, чтобы поднять столб жидкости с динамического уровня и произойдет срыв подачи и остановка УЭЦН от срабатывания защиты по недогрузу (ЗСП).

§ минимально допустимая частота для погружных систем (рекомендуемая заводами-изготовителями):

— для УЭЦН отечественного производства – 40 Гц;

— для УЭЦН импортного производства – 35 Гц.

§ максимальная частота для погружных систем:

— для УЭЦН отечественного производства – 60 Гц;

— для УЭЦН импортного производства – 70 Гц.

§ максимально возможное напряжение питания ПЭД – при повышении частоты необходимо повышать напряжение, подаваемое на двигатель с учетом потерь в кабельной линии, потому что может наступить момент, когда при увеличении частоты вырастет ток и произойдет остановка по перегрузу.

Учитывая ограничивающие факторы при повышении частоты, максимальной частотой для работы с УЭЦН считать частоту, при которой рабочий ток не превышает номинальные значения.

До принятия решения по «раскрутке» скважин необходимо оценить следующие критерии:

— максимально возможные токовые нагрузки на наземное электрооборудование;

— максимально возможные нагрузки на автомат в трансформаторной подстанции;

— сечение силового кабеля по стороне 0,4 кВ для работы с необходимыми нагрузками;

— текущую и ожидаемую загрузку трансформаторной подстанции 35/6 кВ;

— текущую и ожидаемую загрузку кустовой трансформаторной подстанции КТППН 6/0,4 кВ;

— столб жидкости над приемом насоса должен быть достаточным для обеспечения работы УЭЦН без срыва подачи;

— при наличии погружного датчика на УЭЦН условный столб жидкости над приемом насоса (глубина погружения) можно рассчитать по формуле:

где, Рдатч – давление на приеме насоса по показаниям датчика, атм.;

Рзатр – затрубное давление, атм.;

рнефти – плотность пластовой нефти.

— при отсутствии погружного датчика на УЭЦН условный столб жидкости над приемом насоса можно рассчитать по формуле:

где, L спуска – глубина спуска насоса, метров;

Н дин – динамический уровень в скважине, метров.

— содержание механических примесей в перекачиваемой жидкости при работе на повышенных частотах не должно превышать:

ü для УЭЦН в износостойком исполнении – 500 мл/л;

ü для УЭЦН в обычном исполнении – 100 мг/л;

— режим работы УЭЦН по токовым характеристикам должен быть стабильным (отсутствие скачков тока характерных подклиниванию насоса или прорывам газа).

— уровень токовых нагрузок УЭЦН не должен быть близким к значению уставки защиты по перегрузу (ЗП). В этом случае необходимо выполнить оптимизацию выходного напряжения на повышающем трансформаторе (подобрать оптимальное напряжение, при котором значение тока минимально). Напряжение на трансформаторе должно быть рассчитано исходя из напряжения, необходимого для двигателя и потерь напряжения в кабельной линии, относительно глубины спуска УЭЦН;

При оптимизации скважин выделяются следующие технологические фазы:

Разгон – работа УЭЦН по определенной программе в сторону увеличения рабочей частоты;

Отработка – временное прекращение разгона при достижении определенной частоты для снятия контрольных параметров (замеры дебита и КВЧ производить в период после непрерывной отработки в период от 6 до 12 часов);

Стабилизация – прекращение разгона на определенном уровне при ухудшении режима работы или выносе КВЧ до возвращения параметров в нормальный режим;

Оптимальный режим – режим, при котором достигнут оптимальный режим по дебиту и частоте;

Отход – снижение рабочей частоты ниже ранее достигнутой, вследствие остановок УЭЦН по срабатыванию защит, резкого ухудшения режима работы или залповом выносе КВЧ.

Темпы разгона обозначить следующими условиями:

Нормальный разгон – программа разгона 0.1/3600 (2Гц в сутки);

ü режим работы УЭЦН стабильный (токовые нагрузки ровные);

ü давление на приеме насоса более 40 атм.;

ü стабилизация выноса мехпримесей

Осторожный разгон – программа разгона 0.1/7200 – 0,1/5400 (1 – 1,5 Гц в сутки);

ü режим работы УЭЦН удовлетворительный (колебания токовых нагрузок не приводят к остановке УЭЦН по недогрузу (ЗСП) или перегрузу (ЗП));

ü давление на приеме насоса более 40 атм.;

ü стабилизация выноса мехпримесей

Быстрый разгон (до ранее достигнутой рабочей частоты) – программа разгона 0.1/120-360 (1Гц за 20 мин — 1Гц за 60 мин);

ü применяется для быстрого возврата на рабочую частоту после текущих или плановых отключений УЭЦН при стабильном режиме работы до остановки (токовые нагрузки ровные).

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН, ОБОРУДОВАННЫХ УЭЦН С ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ПРИВОДОМ

Эксплуатация УЭЦН с помощью частотно-регулируемого привода позволяет преследовать следующие цели:

§ достижение максимального дебита скважины за счет оптимизации работы погружного оборудования;

§ принятие решения о дальнейшей оптимизации скважин за счет спуска большего типоразмера УЭЦН (если при достижении максимальной частоты не выбран потенциал скважины);

§ сохранить работоспособность погружного оборудования.

При повышении частоты питающего напряжения необходимо учитывать зависимости изменения параметров погружного оборудования (закон подобия). Ограничивающими факторами при повышении частоты являются:

§ запас мощности погружного двигателя – при повышении частоты мощность изменяется линейно, в то время, когда потребляемая насосом мощность изменяется с кубической зависимости, и наступает момент, когда двигатель не сможет выдать необходимую насосу мощность (вырастет ток и произойдет остановка по перегрузу);

§ прочность валов погружной системы – при повышении частоты растет нагрузка на вал (т.к. меняется напор, производительность, и момент сопротивления вращению вала) и, выбрав погружной двигатель с большим запасом по мощности имеется риск скручивания вала, особенно при наличии в перекачиваемой жидкости механических примесей (эффект подклинивания);

§ глубина спуска УЭЦН – при повышении частоты в квадратичной зависимости увеличивается напор насоса и существует риск, что напор может превысить глубину спуска УЭЦН и произойдет остановка по недогрузу (когда насос откачает всю жидкость до приема насоса и перейдет в режим холостого хода).

При понижении частоты ограничивающими факторами являются:

§ напор насоса – при снижении частоты напор насоса ЭЦН снижается в квадратичной зависимости и может произойти момент, когда энергии насоса (напора) не хватит, чтобы поднять столб жидкости с динамического уровня и произойдет срыв подачи и остановка УЭЦН от срабатывания защиты по недогрузу (ЗСП).

§ минимально допустимая частота для погружных систем (рекомендуемая заводами-изготовителями) составляет 35Гц;

§ максимальная частота для погружных систем:

w для УЭЦН отечественного производства – 60 Гц;

w для УЭЦН импортного производства – 70 Гц.

§ максимально возможное напряжение питания ПЭД – при повышении частоты необходимо повышать напряжение, подаваемое на двигатель с учетом потерь в кабельной линии, потому что может наступить момент, когда при увеличении частоты вырастет ток и произойдет остановка по перегрузу.

Учитывая ограничивающие факторы при повышении частоты, максимальной частотой для работы с УЭЦН считать частоту, при которой рабочий ток не превышает номинальные значения.

До принятия решения по «раскрутке» скважин необходимо оценить следующие критерии:

§ максимально возможные токовые нагрузки на наземное электрооборудование;

§ максимально возможные нагрузки на автомат в трансформаторной подстанции;

§ сечение силового кабеля по стороне 0,4 кВ для работы с необходимыми нагрузками;

§ текущую и ожидаемую загрузку трансформаторной подстанции 35/6 кВ;

§ текущую и ожидаемую загрузку кустовой трансформаторной подстанции КТППН 6/0,4 кВ;

§ столб жидкости над приемом насоса должен быть достаточным для обеспечения работы УЭЦН без срыва подачи;

§ содержание механических примесей в перекачиваемой жидкости при работе на повышенных частотах не должно превышать значений, заданных заводом-изготовителем согласно исполнения установки;

§ режим работы УЭЦН по токовым характеристикам должен быть стабильным (отсутствие скачков тока характерных подклиниванию насоса или прорывам газа);

Уровень токовых нагрузок УЭЦН не должен быть близким к значению уставки защиты по перегрузу (ЗП). В этом случае необходимо выполнить оптимизацию выходного напряжения на повышающем трансформаторе (подобрать оптимальное напряжение, при котором значение тока минимально). Напряжение на трансформаторе должно быть рассчитано исходя из напряжения, необходимого для двигателя и потерь напряжения в кабельной линии, относительно глубины спуска УЭЦН.

При оптимизации скважин выделяются следующие технологические фазы:

§ Разгон – работа УЭЦН по определенной программе в сторону увеличения рабочей частоты;

§ Отработка – временное прекращение разгона при достижении определенной частоты для снятия контрольных параметров (замеры дебита и КВЧ производить в период после непрерывной отработки в период от 6 до 12 часов);

§ Стабилизация – прекращение разгона на определенном уровне при ухудшении режима работы или выносе КВЧ до возвращения параметров в нормальный режим;

§ Оптимальный режим – режим, при котором достигнут оптимальный режим по дебиту и частоте;

§ Отход – снижение рабочей частоты ниже ранее достигнутой, вследствие остановок УЭЦН по срабатыванию защит, резкого ухудшения режима работы или залповом выносе КВЧ.

Темпы разгона обозначены следующими условиями:

§ Нормальный разгон – программа разгона 0.1Гц/3600сек (2Гц в сутки). Критерии применения:

w режим работы УЭЦН стабильный (токовые нагрузки ровные);

w высота столба жидкости над приемом насоса более 400 м.;

w стабильный вынос или отсутствие мехпримесей, не превышающий критических значений.

§ Осторожный разгон – программа разгона 0.1Гц/7200сек – 0,1Гц/5400сек (1 – 1,5 Гц в сутки). Критерии применения:

w режим работы УЭЦН удовлетворительный (колебания токовых нагрузок не приводят к остановке УЭЦН по недогрузу (ЗСП) или перегрузу (ЗП));

w высота столба жидкости над приемом насоса более 400 м.;

w стабильный вынос или отсутствие мехпримесей, не превышающий критических значений

§ Быстрый разгон (до ранее достигнутой рабочей частоты) – программа разгона 0.1Гц/120-360сек (1Гц за 20 мин — 1Гц за 60 мин). Критерии применения:

w применяется для быстрого возврата на рабочую частоту после текущих или плановых отключений УЭЦН при стабильном режиме работы до остановки (токовые нагрузки ровные).

3.7 Регулирование скорости ад изменением частоты питающего напряжения

Принцип частотного регулирования заключается в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно в соответствии с выражением ω0 = 2πf1/р изменять его синхронную скорость ω0, получая различные искусственные характеристики. Частотное регулирование обеспечивает плавное изменение скорости в широком диапазоне при сохранении постоянства жесткости механических характеристик, а соответственно и скольжения, что обеспечивает его экономичность в связи с малыми потерями скольжения.

Для получения высоких энергетических показателей (коэффициентов мощности и полезного действия, перегрузочной способности) одновременно с изменением частоты необходимо изменять и величину питающего напряжения. При выборе соотношения между частотой и напряжением часто исходят из условия сохранения его перегрузочной способности λ, которая определяется отношением критического момента МК к моменту нагрузки МС :

где А – постоянная не зависящая от f1.

Отсюда вытекает соотношение , определяющее закон частотного регулирования :

При различных характеристиках нагрузки получаем разные законы регулирования частоты.

А) При постоянном моменте нагрузки МС = const

Б) Для вентиляторного момента нагрузки :

В) При моменте нагрузки обратно пропорциональном скорости :

На рис.3.17 приведены механические характеристики АД при выполнении соотношения (3.34).Для частот ниже номинальной критический момент постоянен, что обеспечивает постоянную перегрузочную способность. При частотах выше номинальной, когда напряжение не может быть повышено, критический момент снижается. На практике при уменьшении частоты происходит некоторое снижение критического момента из-за влияния активного сопротивления статора, вызывающего уменьшение магнитного потока, а, следовательно, и снижение ЭДС .

Рисунок 3.17 –Механические характеристики при частотном регулировании.

а– расчетные, б – практические.

Для компенсации этого влияния следует с УМЕНЬШЕНИЕМ частоты снижать напряжение в меньшей СТЕПЕНИ, чем это предусмотрено соотношением (3.34).

Преобразователи частоты можно разделить на две группы: машинные и статические. На рис.3.18 представлена схема машинного преобразователя, где ис-

пользуются обычные электрические машины.

Все статические преобразователи могут быть разделены на две группы: 1)ПЧ с непосредственной связью (рис.3.19) и 2) ПЧ со звеном постоянного

тока (рис.3.20). Рассматриваемые ПЧ позволяют плавно РЕГУЛИРОВАТЬ частоту и напряжение, что НЕОБХОДИМО для ИЗМЕНЕНИЯ скорости.

Рисунок 3.18 – Электромашинный преобразователь с синхронным генератором.

Рисунок 3.19 – ПЧ с непосредственной связью

Рисунок 3.20 – Схема ПЧ со звеном постоянного тока и инвертора

Для получения качественных статических и динамических характеристик асинхронного электропривода применяют различные обратные связи (по скорости, магнитному потоку и току или их сочетание).

3.8 Влияние обратных связей на статические характеристики

электропривода в сиcтеме преобразователь напряжения – двигатель.

Характеристики ЭП в разомкнутой системе имеют относительно невысокую жесткость из-за влияния внутреннего сопротивления преобразователя RП. Для получения значительных диапазонов регулирования скорости (десятки, сотни) требуется иметь более жесткие характеристики, которые можно получить лишь в замкнутой системе преобразователь – двигатель (П — Д). Кроме того, характеристики разомкнутой системы не обеспечивают регулирования или ограничения тока и момента, что также требует перехода к замкнутой системе П-Д. Различают три основные типа замкнутых систем П-Д: с обратной связью по скорости, по напряжению и по току. Связь может быть отрицательной, положительной или задержанной. Рассмотрим все эти случаи.

а) Замкнутая система П-Д с отрицательной обратной связью (ОС) по скорости.

Структурная схема замкнутой системы с жесткой отрицательной ОС по скорости показана на рис.3-10.

Рисунок 3.10 – Замкнутая система П –Д с отрицательной обратной связью по

скорости: (а) – схема, (б) — характеристики

Для разомкнутой системы преобразователь-двигатель (П-Д) применяются различные типы датчиков скорости. В рассматриваемой схеме использован в качестве датчика скорости тахогенератор (BR), выходное напряжение которого Uтг, пропорциональное скорости ω, является сигналом обратной связи. Коэффициент пропорциональности γ носит название коэффициента обратной связи по скорости и определяется данными тахогенератора.

Сигнал обратной связи Uтг = Uос сравнивается с задающим сигналом скорости Uзс, и их разность в виде сигнала рассогласования (ошибки) Uвх подается на вход усилителя У, который с коэффициентом КУ усиливает сигнал рассогласования Uвх и подает его в виде сигнала управления Uу на вход преобразователя.

Математическое описание статических характеристик в замкнутой системе будет состоять из уравнения статической механической характеристики и уравнений связи: Uвх = Uзс – γω;

ω = U / kФ – Rяц М/(кФ) 2 .

Решая систему уравнений относительно скорости вращения ω, получим общее уравнение статической механической характеристики в замкнутой системе.

где кс = γкукп/кФ – общий коэффициент усиления системы.

Применение отрицательной обратной связи по скорости обеспечивает стабилизацию ее при изменении нагрузки.

Это легко показать, сравнивая перепады скорости Δω при одном и том же моменте нагрузки в разомкнутой и замкнутой системах:

Так как кс > 0, то всегда Δωзам < Δωраз, т.е. жесткость получаемых характеристик в замкнутой системе ( рис.3-10,б характеристика 2) больше жесткости характеристик в разомкнутой системе (характеристика 3).

При стремлении кс к бесконечности характеристика замкнутой системы будет стремиться к абсолютно жесткой.

б) Замкнутая система П – Д с отрицательной обратной связью по напряжению.

Для организации обратной связи по напряжению или ЭДС можно использовать любой датчик напряжения. В данном случае датчиком ЭДС служит потенциометр (потенциометрический датчик) RU, с которого снимается сигнал обратной связи понапряжению Uос = αU, где α – коэффициент обратной связи.

Рисунок 11 – Характеристики в замкнутой системе П-Д с отрицательной обратной

связью по напряжению

Сигнал рассогласования UВХ определяется как UВХ = UЗ.С — αU (3.20)

И спользуя уравнение механической характеристики и учитывая (3.17), получаем уравнение механической характеристики в замкнутой системе с жесткой отрицательной связью по напряжению

где kc = ky kn α – общий коэффициент системы, а с = кФ.

Для оценки жесткости получаемых характеристик сопоставим перепады скорости в разомкнутой и замкнутой системах:

Так как kc > 0, то Rп/(1 +kc) < Rп и Δωзам < Δωраз, т.е.жесткость характеристик в замкнутой системе выше, чем в разомкнутой.

Из уравнения 3.21 видно, что при кс → ∞ Δω→ MRя/с 2 , т.е. перепад скорости в пределе равен перепаду скорости на естественной характеристике при питании от источника с нулевым сопротивлением.

в) Замкнутая система П-Д с положительной обратной связью по току якоря

Схема замкнутой системы с положительной обратной связью по току приведена на рис.3.23,а. В качестве датчика тока в системе использован шунт с сопротивлением Rш.

. Падение напряжения на шунте пропорционально току якорной обмотки. В результате сигнал обратной связи по току будет Uот = βI, где β – коэффициент обратной связи по оку, имеющий размерность Ом. Сигнал на входе усилителя определяется как Uвх = Uзс + β I. (3.22)

И спользуя уравнение механической характеристики и 3.22, легко получить уравнение механической характеристики в замкнутой системе

Рис. 3.11. Замкнутая система П—Д с положительной обратной связью

Сопоставляя суммарное сопротивление цепи якоря (Rя+Rп) с общим коэффициентом усиления kс, также имеющим размерность Ом, нетрудно заключить, что при Rя + Rп > kc характеристики системы имеют отрицательную жесткость, при Rя + Rп = kc – бесконечно большую жесткость, а при Rя+Rп < kс жесткость характеристики положительна.

г) Регулирование(ограничение) тока и момента в замкнутой системе П-Д с

помощью нелинейной отрицательной обратной связи по току

Структурная схема системы приведена на рис.3.24. Характеристика узла токовой

отсечки (УТО) U`ос=f (Uос) показана внутри изображающего его прямоугольника.

Значение опорного напряжения определяется заданным током, с которого должно начаться его регулирование. Этот ток получил название тока отсечки Iотс. Стопорный ток Iст определяется допустимым током двигателя.

В заключение отметим, что при реализации больших (предельных) коэффициентов усиления для получения качественных статических характеристик ухудшаются динамические показатели работы электропривода (колебательность, перерегулирование, время переходного процесса).

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ИЗМЕНЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

Данный способ широко используется для регулирования скорости асинхронных двигателей с высокими показателями качества. Одновременно с этим он позволяет эффективно регулировать и другие переменные ЭП с асинхронными двигателями.

Принцип действия этого способа заключается том, что изменение частоты fx питающего двигатель напряжения Ux в соответствии с выражением со0 = 2nf</p приводит к изменению скорости со0, за счет чего получаются различные искусственные механические характеристики.

Схема включения двигателя при регулировании частоты приведена на рис. 5.11, а. Необходимым элементом ЭП является преобразователь частоты и напряжения 1 (в дальнейшем используется обозначение ПЧ), на вход которого подается стандартное напряжение сети t/j (220, 380 В и т.д.) промышленной частоты/j = 50 Гц, а с его выхода снимается переменное напряжение Uv регулируемой час-

Регулирование выходной частоты и напряжения осуществляется с помощью управляющего сигнала ?/, который задает требуемое значение частоты и тем самым скорости двигателя 2.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне ее изменения, а получаемые характеристики обла-

Схема включения (а), механические характеристики (б) при

Рис. 5.11. Схема включения (а), механические характеристики (б) при

регулировании частоты напряжения на статоре и закон регулирования

7 — преобразователь частоты; 2 — двигатель; 3-7 — характеристики

дают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: регулирование скорости двигателя не сопровождается увеличением его скольжения, поэтому потери мощности при регулировании скорости, определяемые по (5.5), оказываются небольшими.

Для лучшего использования двигателя и получения высоких энергетических показателей его работы — коэффициентов мощности, полезного действия и перегрузочной способности — одновременно с частотой необходимо изменять и подводимое к двигателю напряжение. Соотношение частоты и напряжения, называемое часто законом частотного регулирования, определяется характером зависимости момента нагрузки М от скорости. При пренебрежении активным сопротивлением цепи статора и при постоянном моменте нагрузки Мс = const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально его частоте

При пренебрежении активным сопротивлением цепи статора /?, критический момент двигателя определяется формулой (5.13). Так как со()

/р то при таком соотношении критический момент мк

UJf = const и двигатель сохраняет свою перегрузочную способность.

Для вентиляторного характера момента нагрузи закон частотного регулирования имеет вид

а при моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости, оно запишется в виде мо

Таким образом, при реализации частотного способа регулирования скорости двигателя должен использоваться преобразователь частоты, который позволяет также регулировать и напряжение на статоре двигателя в определенной пропорции.

Анализ механических характеристик двигателя показывает следующее. Скорость идеального холостого хода двигателя в соответствии с формулой со0 = 2nfjp изменяется пропорционально частоте напряжения. Механические характеристики двигателя разделяются на два семейства: характеристики, соответствующие частотам ниже номинальной (сетевой)/, , когда происходит снижение напряже

ния, и выше ее, когда напряжение остается неизменным на уровне номинального значения.

В области частот /1мом > /1рег выполняется соотношение U /f = const, так как напряжение, подводимое к двигателю, регулируется от номинального (сетевого) в сторону уменьшения. Поэтому Мк = const и двигатель имеет характеристики б и 7, показанные на рис. 5.11, б.

Отметим, что из-за влияния сопротивления R<, которое не учитывалось при выводе формулы (5.13), критический момент Мк в области малых скоростей двигателя снижается, поэтому для поддержания Мк = const напряжение при снижении частоты должно уменьшаться не пропорционально ей, а в несколько меньшей степени. Такой скорректированный закон частотного регулирования показан на рис. 5.11, в, где зависимость t/j(/j) в зоне малых частот отличается от линейной.

В области частот/1рег>/1ном по условиям нормальной работы двигателя нельзя повышать напряжение выше номинального (паспортного). Поэтому регулирование скорости в этой области ведется при U = t/j = const, что отражено на рис. 5.11, в. Таким образом, кри

тический момент Мк при/1рег>/1ном в соответствии с (5.13) будет уменьшаться и характеристики будут иметь вид кривых 3 и 4, показанных на рис. 5.11,6.

Рассмотрим показатели регулирования скорости двигателя. Реализуемый диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах составляет 10—15, а в замкнутых (при использовании обратных связей) его значение может достигать 10 000 и более.

Регулирование скорости в этой системе может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороны от естественной характеристики, т.е. двигатель может иметь скорость как больше, так и меньше номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют высокую жесткость, а двигатель сохраняет свою перегрузочную способность.

Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя не сопровождается выделением дополнительных потерь мощности, поскольку работа двигателя происходит при небольших скольжениях.

В силу отмеченных высоких показателей частотный способ находит широкое применение. Более того, можно назвать примеры, когда использование частотно-управляемого асинхронного ЭП является единственно возможным — это привод высокоскоростных электрошпинделей, электроверетен, вентиляторов высокоскоростных аэродинамических труб, различных испытательных стендов и т.д.

Рассмотрим виды преобразователей частоты, применяемых в этой системе ЭП.

По используемым техническим средствам ПЧ делятся на элек- тромашинные (вращающиеся) ПЧ, в которых используются электрические машины, и полупроводниковые (статические). На рис. 5.12 приведена схема электромашинного ПЧ с синхронным генератором 4, от которого питаются, например, три асинхронных двигателя 5—7. Преобразователь состоит из агрегата постоянной скорости, включающего асинхронный двигатель / (вместо него может быть использован любой тип двигателя) и приводимый им в движение генератор постоянного тока 2, и агрегата переменной скорости, состоящего из регулируемого двигателя постоянного тока 3, приводящего во вращение синхронный генератор 4 переменной частоты. Двигатель 1 питается от сети со стандартной частотой/, = 50 Гц, а на выводах синхронного генератора 4 частота и напряжение могут регулироваться.

С помощью резистора R1 в цепи обмотки возбуждения генератора 2 изменяется напряжение, подводимое к якорю двигателя 3, и тем самым его скорость и скорость генератора 4. При этом меня-

Схема ЭП с электромашинным преобразователем частоты

Рис. 5.12. Схема ЭП с электромашинным преобразователем частоты:

7 — двигатель генератора; 2 — генератор постоянного тока; 3 — двигатель; 4 — генератор переменного тока; 5-7 — асинхронные двигатели ется частота напряжения на выводах синхронного генератора 4, определяемая выражением/рег = рсосг / (2п), и на двигателях 5—7. Напряжение на этих двигателях регулируется с помощью резистора R3, включенного в цепь обмотки возбуждения синхронного генератора 4.

Применение ПЧ позволяет плавно регулировать скорость двигателей 5—7в широком диапазоне, однако процессу регулирования частоты в этой системе свойственны существенные недостатки. Для создания преобразователя необходимы четыре электрические машины, рассчитанные на полную мощность потребителей (группы двигателей), что определяет громоздкость установки и ее дороговизну, особенно при больших мощностях нагрузки. Двойное преобразование энергии — энергии переменного тока частоты/, = 50 Гц в энергию постоянного тока и затем опять в энергию переменного тока регулируемой частоты — сопровождается выделением потерь энергии во всей цепи преобразования, что определяет невысокий КПД системы. Например, если КПД каждой из четырех машин 1—4 системы составляет 0,9, то общий КПД такого электромашинного ПЧ будет равен 0,66, т.е. треть потребляемой из сети мощности идет только на потери в агрегате. Кроме того, использование коллекторных машин постоянного тока требует непрерывного надзора и ухода, а их работа сопровождается шумом. И, наконец, процессу изменения частоты в этой системе свойственна инерционность регулирования, связанная с изменением скорости электромашинного агрегата, обладающего механической инерцией.

Известны также и другие схемы вращающихся ПЧ, использующих как обычные, так и специальные электрические машины.

В настоящее время основное распространение получили статические полупроводниковые ПЧ, названные так потому, что в них используются не имеющие движущихся частей элементы и устройства, такие как полупроводниковые приборы, реакторы, конденсаторы и т.д. Использование статических ПЧ позволило повысить техникоэкономические показатели регулируемого частотного ЭП за счет увеличения его КПД и быстродействия, расширения функциональных возможностей по управлению, защите и диагностике, устранения шума и упрощения обслуживания.

Статические полупроводниковые ПЧ подразделяются на два вида: ПЧ с непосредственной связью питающей сети и нагрузки и ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока.

Упрощенная схема тиристорного трехфазного ПЧ с непосредственной связью приведена на рис. 5.13. Этот ПЧ обеспечивает формирование напряжения на двигателе непосредственно за счет сетевого напряжения, что и нашло свое отражение в его названии.

Схема ПЧ состоит из трех одинаковых комплектов 2—4 тиристоров, обеспечивающих питание обмоток статора двигателя za, Zb и zc Каждый из трех комплектов содержит шесть тиристоров, три из которых анодами, а три других катодами подсоединены ко вторичным обмоткам трансформатора 1. В схеме нулевая точка трансформатора / соединена с общей точкой трехфазной обмотки статора, поэтому схема на рис. 5.13 называется нулевой.

Регулирование частоты напряжения на статоре двигателя осуществляется последовательностью и частотой включения тиристоров и может происходить лишь в сторону уменьшения этой частоты по сравнению с сетевой в диапазоне примерно/1рег ег г

зывается ниже частоты сетиjv

На диаграмме (рис. 5.17, б) показаны кривые фазных напряжений сети иА, ив, ис и графики напряжений Ucl, Uc2 и U 3 на зажимах С/, С2 и СЗ обмотки статора двигателя, сформированные из сетевого напряжения за счет соответствующего управления тиристорами VS1-VS6. Как видно, напряжение фаз статора двигателя имеет несинусоидальную форму и изменяется с частотой меньше частоты сети. Рассматриваемый принцип получения пониженной частоты во многом повторяет принцип действия ПЧ с непосредственной связью, однако в этом случае регулирование частоты достигается с помощью более простой схемы преобразователя.

Регулируемая частота на статоре двигателя может принимать дискретные значения в соответствии с формулой

где а и b — произвольные целые числа от 1 до 15.

Из этой формулы следует, что регулирование частоты при квази- частотном управлении двигателя может происходить от уровня 0,5/! и ниже.

Жесткость рабочих участков искусственных механических характеристик 6-7(рис. 5.17, в) примерно соответствует естественной характеристике 5, а максимальный момент составляет 60-90% критического момента двигателя на естественной характеристике.

Недостатком этого способа регулирования скорости двигателя является пульсирующий характер его момента, что создает при работе ЭП повышенные вибрацию, шум и дополнительные потери мощности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *