Выбор и проектирование электрооборудования УЭЦН для откачки нефти из скважин
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
? (реверсивность ПЧС);
наличие в системе ЭП источника реактивной энергии, обеспечивающего работу электродвигателя при коэффициенте мощности не равном единице, что в общем случае характерно для электродвигателей переменного тока.
На рис. 2.7, б и в показаны диаграммы активной и реактивной мощности ЭП с электромеханическим ПЧ для двигательного режима (рис. 2.7, б) и генераторного режима (рис. 2.7, в) электродвигателя М.
В первом случае машины М1 и М4 работают в двигательном режиме, М2 и М3 - в генераторном. Во втором - М1 и М4 работают генераторами, М2 и М3 - двигателями. Реактивная энергия в обоих случаях циркулирует между сетью и машиной М1 и между машинами М2 и М.
Переход в генераторный режим электродвигателя М возможен при активном моменте на его валу или при выполнении генераторного частотного торможения.
При активном моменте на валу электродвигателя М угловая скорость ?2 увеличивается, возрастает ЭДС машины М4, ток в якорной цепи меняет направление (Iг на рис. 2.7, а), и в соответствии с диаграммой, показанной на рис. 2.7, в, избыточная активная мощность Р1 автоматически передается в питающую сеть.
Для выполнения генераторного частотного торможения уменьшают ток возбуждения I3 и далее регулируют его в функции угловой скорости ? двигателя М (обычно поддерживается постоянным его абсолютное скольжение в генераторной области). Режим работы машин ПЧ соответствуют при этом также рис. 2.7, в.
Находят применение и варианты электромеханического ПЧ. Так для регулирования мощных высокоскоростных электродвигателей нереверсивных ЭП применяется электромеханический ПЧ, в котором вместо агрегатов М1, М3 используется регулируемы ТП постоянного напряжения. В маломощных станочных высокоскоростных ЭП используется нерегулируемый электромеханический ПЧ, в котором машины М1 и М3 отсутствуют, двигатель М4 - асинхронный короткозамкнутый, питается непосредственно от сети, а в качестве генератора М2 применен индукционный генератор.
Основные достоинства электромеханического ПЧ:
синусоидальное выходное напряжение;
естественная реверсивность ЭП;
устойчивость работы ПЧ в режимах перегрузки и аварийных режимах двигателя М;
простота обслуживания.
Вместе с тем очевидны недостатки электромеханического ПЧ:
плохие массогабаритные показатели;
большая инерционность контура регулирования частоты f2 и напряжения U2;
высокий уровень шума;
значительные потери, вызванные 4-кратным преобразованием энергии.
Статические ПЧ
Указанные недостатки практически отсутствуют у статических ПЧ, выполненных на ключевых электронных элементах: тиристорах, запираемых тиристорах и силовых транзисторах (биполярных, биполярных с изолированным затвором и полевых). Использование ключевого режима приводит к тому, что выходное напряжение U2 у всех без исключения видов статических ПЧ несинусоидально и кроме основной (первой) гармоники содержит обычно целый спектр высших гармонических составляющих, а в некоторых ПЧ еще и низкочастотные субгармонические составляющие. Ток, потребляемый из сети статическими ПЧ, также несинусоидален и может вызывать искажения напряжения питающей сети. Эти обстоятельства приходится учитывать при выборе типа статического ПЧ.
Принципы построения статических ПЧ для регулируемого ЭП известны достаточно давно. В настоящее время в зависимости от мощности и технологических требований к ЭП используется один из трех типов статических ПЧ:
непосредственный ПЧ;
двухзвенный ПЧ с автономным инвертором напряжения;
двухзвенный ПЧ с автономным инвертором тока.
Двухзвенный ПЧ с автономным инвертором напряжения состоит из трех основных элементов: выпрямителя (В), автономного инвертора напряжения (АИН) и промежуточного контура постоянного тока, включающего конденсатор С, который является источником реактивной мощности для двигателя (рис. 2.8). В ПЧ этого типа происходит двукратное преобразованиеэлектрической энергии: сначала переменное напряжение с частотой f1 выпрямляется, а затем постоянное напряжение Ud преобразуется (инвертируется) АИН в переменное с заданной амплитудой первой гармоники U21m и частотой f2. В качестве ключевых элементов в АИН в настоящее время практически всегда используются транзисторы. На рис. 2.9. показана схема ПЧ, в котором АИН выполнен на биполярных транзисторах с изолированным затвором. Здесь показаны только основные силовые элементы ПЧ, необходимые для процесса преобразования.
Принцип инвертирования напряжения АИН состоит в следующем. В каждой фазе АИН всегда открыт один из двух ключевых элементов, и потенциал фазы на выходе АИН всегда равен потенциалу положительной или отрицательной шины на входе АИН. Таким образом, амплитуда линейного напряжения на выходе АИН всегда равна входному напряжению U2m = Ud. Частота выходного напряжения однозначно определена частотой переключения транзисторов и для ЭП не имеет ограничения сверху, так как у мощных современных транзисторов достигает значения fmax =2040 кГц, поэтому в ПЧ с АИН для формирования выходного напряжения с заданными частотой f2 и амплитудой первой гармоники U21m исключительное применение находит способ широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения с постоянной частотой коммутации, или с переменной частотой коммутации в системах прямого цифрового управления моментом.
Частота, форма и амплитуда модулирующего напряжения при ШИМ определяют форму гладкой составляющей на