3836

Как было показано выше, сфера использования частотно регулируемого электроприводов очень велика. Это не только турбомеханизмы, но и прокатные станы, транспортеры, подъемные механизмы и транспортные системы и т.д. Ниже будет приведен пример использования статических регуляторов частоты еще и для кузнечно-штамповочного оборудования.

Кузнечно-штамповочное оборудование работает в условиях динамических нагрузок, которые могут значительно превышать расчетные (технологические) и служить причиной поломок [100]. Обычно все расчёты производятся для статического режима, а учёт влияния динамических нагрузок производится с помощью увеличения запаса прочности элементов конструкции оборудования и мощности электропривода. Завышение коэффициента запаса многих параметров приводит и к значительному снижению циклового КПД оборудования в целом и значительному повышению его стоимости и весо-габаритных показателей [101].

Снижение динамических усилий возможно, в том числе, применением частотно – регулируемого привода (ЧРП), учитывая наибольшее распространение в данной сфере асинхронных двигателей. ЧРП обеспечивает плавный пуск электродвигателя без бросков токов и ударов, его остановку, изменение скорости и направления вращения.

Наиболее распространенным в кузнечно-штамповочном производстве является пресса колено – рычажного типа. Привод пресса состоит из трехфазного асинхронного двигателя повышенного скольжения с короткозамкнутым ротором и пневматической муфты

Технологический процесс прессования, как правило, характеризуется тремя режимами работы электропривода: пуск, торможение и рабочий режим. В обычном варианте привода используется реостатный пуск в две ступени. Ниже рассматривается возможность повышения энергоэффективности привода пресса с помощью установки частотного преобразователя. При его применении предполагается сократить время пуска и торможения двигателя, в рабочих режимах снизить времена подхода к необходимой скорости штамповки предположительно без больших потерь (в результате чего увеличится количество ударов пресса за то же время цикла и его производительность), снизить потери в режимах пуск – торможение (благодаря встроенной функции рекуперативного торможения). Также, обеспечивается оптимизация

131

рабочего режима в периоды холостого хода отключением двигателя от сети и, как следствие, снижение потребления реактивной мощности.

В подтверждение вышесказанного приведем результаты математического моделирования, выполненной в среде Simulink приложения Matlab, для двух вариантов системы: без использования преобразователя частоты и вместе с ним [102].

Нагрузочная диаграмма работы за одну смену электропривода пресса представлена на рис. 1.

Рис. 4.23. Нагрузочная диаграмма пресса

Графики скорости двигателя при реостатном пуске, и скорости и момента с использованием ПЧ показаны на рис. 4.24.

132

4.2. Аппаратные средства регулирования реактивной мощности в распределительных сетях электроснабжения на основе статических устройств

4.2.1. Аппаратные средства регулирования реактивной мощности в распределительных сетях электроснабжения

В первой части данной главы был освещен вопрос применения аппаратных регулирования напряжения в распределительных сетях электроснабжения. Но не менее действенным способом управления режимами этих сетей является регулирование реактивной мощностью.

Для этой цели используются различные устройства, например, поперечные (шунтирующие) компенсаторы и продольные компенсаторы [72, 82].

Продольная компенсация

Для увеличения передаваемой мощности линии высокого напряжения необходимо ее индуктивное сопротивление компенсировать последовательно включенной емкостью. В настоящее время используется несколько конструктивных решений. Например, конденсатор постоянной емкости с тиристорным управлением (рис. 4.26)

Рис. 4.26. Конденсаторная батарея с тиристорным управлением

Здесь степень компенсации регулируется практически в любых пределах. Это решение также позволяет управлять стабильностью передачи и подавлять возникновение подсинхронных колебаний. Тиристоры работают в режиме подстройки фазы. Модуль

135

TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor – конденсаторная батарея с тиристорным управлением) в процессе работы представляет собой либо конденсатор переменной емкости, либо дроссель переменной индуктивности. Однако переключение из режима емкости в режим индуктивности и обратно невозможно без промежуточного отключения из-за резонансных явлений.

Поперечная компенсация

Устройство, включенное в среднюю точку линии и способное поглощать и возвращать реактивную мощность, обеспечивает постоянство напряжения в этой точке. При этом транспортный угол снижается вдвое и соответственно может быть увеличена передаваемая мощность.

Решение состоит в подключении к линии емкости, а параллельно ей – регулируемого устройства, способного компенсировать избыточную реактивную мощность для поддержания постоянного значения напряжения в точке подключения (рис. 4.27).

Рис. 4.27. Схема устройства поперечной компенсации в

линии

136

подключаться или отключаться по отдельности, а TCR значительно меньшей мощности обладает функцией «верньера» для обеспечения постоянного управления реактивной мощностью.

Необходимо отметить, что сетевые SVC обычно обладают достаточной динамикой для того, чтобы подавлять возникновение подсинхронных колебаний. Когда в сети отсутствует нагрузка, из-за распределенной емкости линии происходит рост напряжения. Для его ограничения необходимо осуществлять поглощение реактивной мощности. Именно поэтому установки SVC часто проектируются с учетом необходимости служить и поглотительными устройствами [82].

Рис. 4.30. Принцип работы FACTS

Современный уровень силовой преобразовательной техники позволяет использовать мощные статические устройства для оптимального управления энергетическими ситемами и сетями на уровне платформы FACTS технологий.

Системы FACTS появились около 15 лет назад. Предпосылками их разработки послужило появление на рынке запираемых электронных компонентов высокой мощности – IGBT, GTO, IEGT.

139

До сих пор широко применяются классические системы FACTS, основанные на использовании тиристоров (управление по току). Современные системы FACTS используют компоненты, которые могут управляться командами по напряжению. Важнейшее свойство FACTS – их способность поглощать или возвращать реактивную мощность – показано на рис. 4.30.

На рисунке V0 – напряжение вторичной обмотки трансформатора, Vg – основная гармоника напряжения на выходе преобразователя. Преобразователь управляется в режиме PWM (Pulse Width Modulation – широтно-импульсной модуляции – ШИМ). Это оправдывает наличие фильтра между преобразователем и сетью. Напряжение сети V0 и напряжение на выходе преобразователя находятся в фазе. Возникновение любого различия между этими напряжениями вызывает падение напряжения на соответствующем реакторе продольной компенсации, также совпадающее по фазе с напряжением сети (UL). Знак этого напряжения соответствует знаку разности V0 – Vg. Результирующий ток IL имеет сдвиг относительно этого напряжения на 90°.

При Vg < V0 система работает в индуктивном режиме, при Vg

>V0 – в емкостном.

Всоответствии с описанной структурой разрабатывались и

уже применяются современные устройства продольной и поперечной компенсации.

Поперечная компенсация – STATCOM (STATic synchronous COMpensator – Статический синхронный

компенсатор)

Хотя компенсаторы STATCOM (рис. 4.31) способны поглощать и возвращать реактивную мощность Q, их применение обычно ограничивается статической компенсацией по причинам экономического характера.

Обычно Qmax = QF + QSTATCOM и Qmin = QF – QSTATCOM, причем QSTATCOM несколько выше величины QF, чтобы обеспечить возможность поглощения реактивной мощности при отсутствии

нагрузки в сети.

Когда напряжение в точке подключения остается постоянным, компенсатор STATCOM ведет себя как компенсатор SVC. Однако в режиме ограничения мощности компенсатор STATCOM становится источником тока, тогда как компенсатор SVC приобретает свойства конденсатора. Компенсаторы STATCOM могут

140