книги из ГПНТБ / Вершинин П.П. Применение синхронных электроприводов в металлургии

Расчет к. п.д.

Тиристорный возбудитель без разделительного трансформатора

Pd 23,4

0,963.

Pd + P B ~ 24,35

Расчет коэффициента мощности

Машинный возбудитель: cos qpi= 0,89 — равен коэффициенту асинхронного двигателя.

Тиристорный возбудитель

Из рассмотренного примера следует, что мощность потерь в тиристорном возбудителе меньше по сравне­ нию с мощностью потерь в электромашинном возбуди­ теле (на 6 кВт), а к. п. д. больше на 12,3%. Коэффици­ ент мощности тиристорного возбудителя ниже (0,5 про­ тив 0,89) вследствие влияния на его величину угла ре­ гулирования и смещения в сторону отставания основной, гармонической тока относительно напряжения в сети. Однако так как синхронный двигатель с тиристорным возбуждением сам является генератором реактивной мощности, а минимальная мощность возбудителя со­ ставляет несколько процентов от мощности привода, низ­ кий cos ср возбудителя не является существенным факто­ ром при выборе типа преобразователя.

110

*

По стоимости тиристорные нереверсивные преобра­ зователи уже сейчас конкурируют с электромашинными.

По мере совершенствования технологии производст­ ва вентилей можно ожидать, что тиристорные возбуди­ тели будут значительно дешевле электромашинных.

Отметим и другие факторы, повышающие технико­ экономические и эксплуатационные показатели систем тиристорного возбуждения: сокращаются эксплуатаци­ онные расходы на обслуживание преобразовательной установки, хотя требуется более высокая квалификация

3 - 6 - 1 0 кВ

Рис. 35. Ионное возбуждение синхронного двигателя:

УРВ — управляемый ртутный выпрямитель (экситрон); РРТ—ре­ гулятор реактивного тока; P H — регулятор напряжения; СУ—сум­ мирующее устройство; ЗУ — задающее устройство; УФИ уст» ройство формирования импульсов; ФСУ — фазосмещающее уст­

ройство

персонала; сокращается площадь помещения машинного зала и отпадает необходимость в фундаментах; сни­ жается масса преобразователя; переход к системам ти­ ристорного возбуждения . с АРВ позволяет применить менее мощные выявители сигналов; появляется возмож­ ность унифицировать не только блоки систем управле­ ния, но и силовые блоки; снижается шум и запыленность

вмашинном помещении.

Вшестидесятых годах в металлургической промыш­ ленности на мощных синхронных двигателях преобразо­ вательных агрегатов обжимных реверсивных станов по­

111

Выбор тиристорных преобразователей

Исходными данными для выбора тиристорного пре­ образователя являются номинальная сила тока возбуж­ дения If синхронного двигателя, сопротивление обмотки возбуждения /у при рабочей температуре 75° С и ко­ эффициенты форсировки возбуждения по току и напря­ жению. В системах возбуждения с глухоподключенными преобразователями необходимо также знать макси­ мальную силу тока ротора при пуске двигателя с вклю­ ченным разрядным сопротивлением, которое выбирают из условия благоприятного пуска.

С учетом требований возможных режимов работы синхронного двигателя тиристорный возбудитель дол­ жен обеспечить:

1) нормальную длительную работу синхронного дви­ гателя при номинальной среднеквадратичной силе тока ротора //н;

2)кратковременную в течение 10 с работу с нагруз­ кой, равной 1,8 7/н, в режимах форсировки;

3)повышенное до (2,2—2,8) UfB потолочное значение выпрямленного напряжения в режимах форсировки.

Промышленностью, выпускающей тиристорные пре­ образователи, пока еще нс выработаны единые требова­ ния, регламентирующие номинальные паспортные дан­ ные комплектных преобразователей, что усложняет их выбор для питания электроприемников. Например, за

'номинальные параметры по току в различных типах пре­ образователей приняты: номинальный выпрямленный ток, среднеквадратичное значение тока при времени ус­ реднения 10 мин, максимальная длительно допустимая сила выпрямленного тока, максимально допустимая сила тока, предельно допустимая сила тока перегрузки в течение 10 с. Соотношение между параметрами, например, между номинальной силой выпрямленного тока и мак­ симально длительно допустимой силой тока в разных ти­ пах преобразователей неодинаково. Поэтому предвари­ тельно выбранный преобразователь должен быть прове­ рен по допустимой силе тока и числу параллельно вклю­ ченных вентилей в силовом блоке выпрямителя в раз­ личных режимах работы привода.

В приложении IV приведены, технические данные вы­ пускаемых отечественной промышленностью тиристоров типа Т. Номинальные рабочие силы токов вентилей даны

///*,%

жения воздуха в шкафах преобразователей часто принимают равной 7 м/с. Допустимая сила тока венти­ ля в этих условия равна 0,875 / н. В условиях естествен­ ного охлаждения допустимая номинальная сила тока вентилей резко сокращается. Например, для тиристора Т-150 она составляет 40А.

Согласно Техническим условиям на изготовление и поставку силовых кремниевых управляемых вентилей се­ рий Т и ТВ, тиристоры допускают перегрузку по току. Для иллюстрации на рис. 37 приведена перегрузочная характеристика вентилей Т-150 при нормальных услови­

114

ях эксплуатации (скорость охлаждающего Воздуха 10 м/с, температура воздуха 40°С). Из характеристики следует, что тиристоры допускают перегрузку, равную 200% в течение 1 с и 50% в течение 10 с. Если темпера­ тура охлаждающего воздуха превышает 40 °С, то допу­ стимая сила тока тиристора падает (рис. 38).

В трехфазных схемах мостовых или нулевых макси­

где /„ — среднее допустимое значение тока в однофаз­ ной однополупериодной схеме выпрямления; k%— коэффициент, учитывающий угол горения вен­ тиля; для трехфазных мостовых и нулевых

схем

h = 0,9.

При параллельном соединении двух или .нескольких вентилей допустимая сила выпрямленного тока каждого вентиля снижается вследствие неточности деления тока между ними. Снижение силы тока учитывается коэффи­ циентом параллельной работы k0. Тогда

данным работы [37], для схем с делителями тока и лю­ бого числа параллельно включенных вентилей, равным ^ о = 0,9. Учитывая, что в настоящее время перегрузоч­ ные характеристики кремниевых управляемых вентилей еще недостаточно, изучены, номинальную силу длитель­ но допустимого тока некоторых комплектных тиристор­

тиристорного возбудителя обусловлены величиной коэф­ фициента форсировки по напряжению. На приводах с ударной знакопеременной нагрузкой необходимо также обеспечить резкое снижение силы тока возбуждения при сбросах нагрузки и работе двигателя в генераторном ре­ жиме. В подобных приводах в качестве возбудителей применяют тиристорные преобразователи с пределами регулирования по напряжению от 0 до Uds-

Для питания обмоток возбуждения синхронных дви­ гателей применяют мостовуе двухполупериодные схе­ мы выпрямления, управляемые (симметричные) и полууправляемые (несимметричные), а также трехфазные с нулевым выводом (однополупериодные). Преимущест­ вом мостовых схем выпрямления, обусловившим Их ши­ рокое применение, является работа выпрямителя в режи­ ме, эквивалентном шестифазному, что обеспечивает ма­ лые пульсации выпрямленного тока и ограничивает спектр высших гармоник в кривой первичного тока. Кро­ ме того, снижается, по сравнению с нулевыми схемами, расчетная мощность трансформатора. Мостовая управ­ ляемая схема с одним или несколькими вентилями в пле­ че получила наибольшее распространение.

Мостовая полууправляемая схема более проста и не­ сколько дешевле, однако в целях унификации комплект­ ные тиристорные преобразователи с подобными схемами у нас не выпускаются. В некоторых типах тиристорных преобразователей, например ТВУ, применяются две раз­ новидности схем соединения тиристоров — симметрич­ ная мостовая и нулевая в зависимости от мощности пре­ образователя.

Большой интерес представляют разрабатываемые си­ стемы возбуждения синхронных двигателей с использо­ ванием симметричных тиристоров (симми'сторов) [36]. Новые системы возбуждения обладают рядом преиму­ ществ .по сравнению с тиристорными: упрощается защи­ та от перенапряжений; отпадает необходимость в пу­ сковых сопротивлениях, применяемых для улучшения

.пусковых характеристик двигателя; облегчается режим пуска. Однако схемы управления такими возбудителями усложняются.

Выбор согласующего трансформатора

В системах тиристорного возбуждения трансформа­ торы применяют для согласования напряжения сети (обычно 380 В) и напряжения обмотки ротора двигате­ ля с учетом режима форсировки. Одновременно эти трансформаторы выполняют роль дросселей, ограничи­ вающих скорость нарастания анодного тока в момент отпирания тиристора и защищающих тиристоры от сверхтоков в аварийных режимах. Преобразователи с выпрямленным напряжением 460 В можно включать в

116

Сеть через токоогранйчивающие реакторы, которыми их комплектуют заводы-изготовители.

В системах возбуждения синхронных двигателей со­ гласующий трансформатор выполняет также роль разде­ лительного элемента, который необходим для электриче­ ского разделения цепи ротора двигателя и питающей

ры. Распределительная сеть напряжением 380 В пита­ ется от трансформатора 6/0,4 кВ с заземленной нейтралью. При исправном синхронном двигателе (обмотка возбуж­ дения изолирована от корпуса) тиристорный преобразо­ ватель можно включать в сеть напряжением 380 В. Од­ нако в случае пробоя обмотки возбуждения на корпус образуются электрические контуры, охватывающие в об­ щем случае неравные части обмотки, по которым кратко­ временно до срабатывания защиты протекают неодина­ ковые токи.

Эти токи создают в машине силы одностороннего при­ тяжения ротора, которые при неблагоприятном соотно­ шении могут привести к смещению статора или изгибу вала [38]. Если возбудитель питается от сети через тран­ сформатор с изолированной нейтралью, то при замыка­ нии обмотки на корпус в одной точке, нормальная рабо­ та двигателя ненарушается, а неисправность можно

117

устранить во время ближайшего планового ремонта. Ис­ ключить опасность одностороннего магнитного притяже­ ния в двигателе в случае пробоя изоляции ротора можно установкой быстродействующей дифференциальной за­ щиты от неравенства токов в анодном и катодном пле­ чах моста. На заводе «Уралэлектротяжмаш» им. В. И. Ле­ нина разработана такая защита, воздействующая при не­ равенстве токов в плечах на систему управления тири­ сторами и отключающая двигатель.

В работе [38] приводятся рекомендации по примене­ нию бестрансформаторных схем включения тиристорных возбудителей и при низких значениях напряжения воз­ буждения. Необходимого напряжения, подводимого к обмотке ротора, предлагается достигать глубоким регу­ лированием в номинальном режиме. Отсутствие проме­ жуточного трансформатора и замена его токоограничи­ вающим реактором позволяет уменьшить массу и стои­ мость установки на 30—40%, повысить к. п.д. на 5%; кроме того, обеспечить максимальную форсировку воз­ буждения по напряжению.

Приведенные рекомендации по бестрансформаторным статическим системам возбуждения несомненно заслужи­ вают большого внимания, однако нуждаются в тщатель­ ной проверке на практике. Необходимо учитывать то об­ стоятельство, что замыкание обмотки возбуждения на корпус двигателя, которое в практике наблюдается до­ вольно часто, в бестрансформаторных схемах с соответ­ ствующей защитой будет приводить к аварийным оста­ новкам двигателя и нарушению технологического про­ цесса. Кроме того, возрастает вероятность возникновения пробоя изоляции вследствие повышения напряженности электрического поля в роторе.

На практике находят применение групповые схемы питания нескольких тиристорных возбудителей от обще­ го трансформатора.

Например, на Днепровском металлургическом заводе им. Дзержинского около двух лет работает пущенная с участием авторов установка группового питания трех ти­ ристорных преобразователей типа ПТТР-460-630 от об­ щего трансформатора. Групповое питание дает большие технико-экономические преимущества, так как уменьша­ ется количество трансформаторов и коммутационной ап­ паратуры, снижается суммарная установленная мощ­ ность вследствие малого коэффициента одновременности

118

работы приводов. Однако, как показали исследования, при групповом питании тиристорные преобразовате­ ли должны подключаться к трансформатору через спе­ циально выбранные дроссели во избежание недопусти­ мых колебаний напряжения. Использование для этих целей токоограничивающих реакторов, которыми, ком­ плектуются выпрямители, не исключает возможность возникновения автоколебаний напряжения. На упомяну­ той выше и других установках группового подключения тиристорных возбудителей к трансформатору приходи­ лось прибегать к введению в схему специальных стаби­ лизирующих звеньев.

Для подключения тиристорных преобразователей к сети 380 В рекомендуется применять специальные пре­ образовательные трансформаторы завода «Уралэлектротяжмаш» с повышенным напряжением короткого замы­ кания. Возможно также применение серийных сухих, а также масляных трансформаторов общего пользования типа ТМ, ТС и ТСЗ с номинальным вторичным линейным напряжением 380— 133 В. Технические данные сухих трансформаторов типа ТС приведены в приложении V.

Для выбора трансформатора необходимо определить его параметры: напряжение и силу тока вторичной об­ мотки и расчетную мощность.

Линейное напряжение питающей сети (вторичной обмотки согласующего трансформатора) для серийных

UK— напряжение короткого замыкания трансфор­

119