Аннотация
Актуальность работы: все электрические двигатели после изготовления должны пройти испытания на нагревание методом механического нагружения при продолжительном, кратковременном, повторно-кратковременном режимах. Дополнительно для регулируемых электроприводов проводятся испытания для снятия рабочих характеристик двигателей при номинальной, повышенной и пониженной скоростях вращения. Испытания для двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей, используемых в промышленности, выполняются на испытательных стендах мощностью 1МВт и больше. Время испытания каждого двигателя составляет несколько часов, поэтому снижение электрических потерь и повышение энергоэффективности испытательных стендов является актуальной научно-практической задачей. Целью является изучение работы испытательных стендов по системам ТП-Д и ПЧ-АД, вывод уравнений для различных режимов работы, анализ электрических потерь и энергоэффективности стендов. Используемые методы: теоретические исследования выполнены с привлечением методов теоретических основ электротехники, теории электрических машин, теории автоматического управления и автоматизированного электропривода. При расчете характеристик испытательных стендов использовался программный пакет Microsoft Office Excel. Новизна: сформулированы показатели регулирования испытательных стендов, для оценки энергоэффективности введены понятия коэффициентов активной и реактивной мощности в функции от механической нагрузки испытательного стенда. Полученные уравнения позволяют оценить энергоэффективность испытательных стендов в зависимости от номинальной мощности двигателей и их механической нагрузки. Результат: в статических режимах работы выведены уравнения для расчета коэффициентов активной и реактивной мощности испытательных стендов по системе ТП-Д и ПЧ-АД, рассчитаны значения коэффициентов в режимах без рекуперации и с рекуперацией энергии, оценены относительные капитальные затраты по стендам. Практическая значимость: при номинальной механической нагрузке испытуемого двигателя Д818 185 кВт в системе ТП-Д применение рекуперации электрической мощности снижает потребление активной мощности стенда в 4,1 раза по сравнению со схемой без рекуперации, а для испытуемого двигателя 4А335М6У3 200 кВт в системе ПЧ-АД в 5,4 раза. Полученные аналитические зависимости позволяют на стадии проектирования оценить энергоэффективность испытательных стендов в зависимости от системы электропривода, мощности двигателя, режима работы и механической нагрузки.
Ключевые слова
Электрические двигатели, испытательные стенды, энергоэффективность.
1. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Основные тенденции развития автоматизированного электропривода // Труды IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2016. Пермь, 2016. С. 81-83.
2. Применение электроприводов по системе тиристорный преобразователь – двигатель в карьерных электрических экскаваторах / Греков Э.Л., Могучев М.В., Шевченко А.Н., Жирков А.А., Филимонов С.И. // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2014. Саранск, 2014. Т. 2. С. 420-424.
3. Козярук А.Е. Высокоэффективный электропривод машин и технологий минерально-сырьевого производства. Структура и реализация // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2014. Саранск, 2014. Т. 2. С. 135-138.
4. Разработка и исследование комплекта тягового электрооборудования карьерного самосвала грузоподъемностью 240 тонн / Виноградов А.Б., Гнездов Н.Е., Журавлев С.В., Сибирцев А.Н. // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2014. Саранск, 2014. Т. 2. С. 261-263.
5. Осипов О.И., Наживин А.Е., Жарков П.А. Электромеханический комплекс для испытания силовой трансмиссии вертолетов // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2014. Саранск, 2014. Т. 2. С. 205-206.
6. Активные выпрямители как универсальное средство повышения качества электроэнергии в системах электроснабжения буровых установок с частотно-регулируемым электроприводом / Абрамов Б.И., Коган А.И., Пономарев В.М., Шевырева Н.Ю., Шевырев Ю.В., Фащиленко В.Н. // Труды IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2016. Пермь, 2016. С.372-376.
7. ГОСТ Р 52776-2007. Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и характеристики. М.: Стандартинформ, 2008. 69 с.
8. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: учебник для студентов высших учебных заведений / под ред. В.М. Терехова. М.: Академия. 2006. 304 с.
9. Фащиленко В.Н., Коробкин П.В., Омельченко Е.Я. Имитатор одномассовой системы с переменным моментом инерции // Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ. 1996. № 5. С. 36-39.
10. Переслегин Н.Г., Омельченко Е.Я., Коробкин П.В. Имитатор двухмассовой электромеханической системы // Оптимизация режимов работы электроприводов: межвуз. сб. науч. тр. Красноярск, 1992. C. 30-35.
11. Коробкин П.В., Омельченко Е.Я. Структурная схема скиповой подъемной установки с учетом особенностей её работы // Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ. 1997. № 2. С. 28-32.
12. Jiang J, Holtz J. An efficient braking method for controlled ac drives with a diode rectifier front end // IEEETrans. Ind. Applicat.,vol. 37, no. 5, pp. 1299–1307, Sept./Oct. 2001.
13. Rastogi M, P. W. Hammond P.W. Dual-frequency braking in AC drives // IEEE Trans. Power Electron., vol. 17, no. 6, pp. 1032–1040, Nov. 2002.
14. Swamy M.M., Kume T., Yukihira Y., Fujii S., Sawamura M. A novel stopping method for induction motors operating from variable frequency drives // IEEE Trans. Power Electron., vol. 19, no. 4, pp. 1100–1107, July 2004.
15. Holtz J. Sensorless control of induction motor drives // Proceedings of the IEEE, vol. 90, no. 8, 1359–1394, 2002.
16. Jansen, P. L., R. D. Lorenz R.D. Transducerless position and velocity estimation in induction and salient AC machines // IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 31, no. 2, pp. 240–247, 1995.
17. Ha J.I., Sul S.K. Sensorless field-orientation control of an induction machine by high-frequency signal injection // IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 35, no. 1, pp. 45–51,1999.
18. Bose B.K. Modern Power Electronics and AC Drives, NJ: Prentice-Hall, 2002
19. Научно-образовательный центр «Шнейдер Электрик» – МГТУ им. Г.И. Носова / Омельченко Е.Я., Лукьянов С.И., Николаев А.А., Андреев С.М., Малафеев А.В., Тюрин М.В., Сулейманов Р.Р. // Труды IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2016. Пермь, 2016. С. 573-577.
20. Линьков С.А., Омельченко Е.Я., Бачурин И.В. Универсальный лабораторный стенд для исследования работы электроприводов переменного тока // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2014. Саранск, 2014. Т. 2. С. 555-560.