Система компенсации реактивной мощности для асинхронных электроприводов

актор для мощных электродвигателей (мощностью до 350 кВт), которые применяются в прокатных станах.

S. Gumilevsky, T. Chernova

Mathematical simulation of transition processes in compensating devices reactive power based on controlled reactor for electric power up to 350 kw.

The mathematical model of the controlled reactor, the use of which of the most appropriate in networks 6-10 kV is presented.

Keywords: reactive power compensation devices, reactor.

Получено 06.07.10

УДК 620.9:502.14:62-83

С.В. Гумилевский, асп.,

СИСТЕМА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Составлена модель расчета реактивной составляющей тока нагрузки на основе применения p-q теории.

Ключевые слова: компенсация реактивной мощности, асинхронный двигатель.

В промышленности повсеместно для движения механизмов применяют электрический привод. Регулирование скорости вращения вала и регулирование момента на валу двигателя остаются самими главными вопросами. Раньше использовался постоянный привод, теперь на смену ему приходит более надежный и простой в изготовлении асинхронный двигатель. Работа асинхронного двигателя всегда связана с генерированием реактивной энергии. Компенсация реактивной мощности остается важным направлением в науке.

Так заведено в классической теории электротехники, что параметры устройства приводятся к постоянному току. Это очень удобно для ориентировочной оценки. Иными словами моделируется такая ситуация, что устройство «как будто» работает на постоянном токе. Вот почему вводятся такие понятия как действующее значение. В реальности сложные устройства работают на переменном напряжение, и к тому же не всегда функция тока от времени имеет вид cos или sin, одинаковую амплитуду сигнала на всем промежутке работы.

В связи с вышеизложенным возникает потребность в более детальной оценке устройства, отличной от классической. Например, счетчики электроэнергии могут измерять активную и реактивную мощность, учитывая только основную гармонику 50 Гц. Ясно, что для детального анализа данная методика неэффективна. В 1983 Akagi, Kanazawa и Nabae представили «p-q Theory». В ней использовались преобразования Кларка, чтобы получить функции мгновенных значений активной и реактивной мощности. При этом активная и реактивная энергия рассматривались отдельно, а не взаимосвязано как в классической теории. Поэтому реактивная энергия несет немного другой смысл. Фактически р-q теория это матричные преобразования. С их помощью можно, например, выделить в общем токе функцию активного тока и функцию реактивного тока. Эта особенность позволяет использовать эту теорию в любых типах компенсирующих устройств.

Использование теории накладывает ограничения, так например, изменяемая нагрузка должна быть симметричной в любой момент времени. Этот факт позволяет применять эту теорию только на симметричные модели устройств, например, двигатель и компенсирующее устройство. Принцип работы компенсирующего устройства заключается в том, что в системе управления компенсирующего устройства необходимо выделить в токе нагрузке активную и «неактивную» составляющую. Последнюю необходимо воспроизвести компенсирующим устройством. При этом компенсация будет проходить рядом с её источником. Представленная модель по сигналам напряжения и тока нагрузки выделяет сигнал реактивной составляющей для компенсирующего устройства. Так же модель считает сопутствующие характеристики: активная и реактивная, однофазная и трехфазная мощность, энергия.

При нелинейном характере нагрузки ток имеет активную и реактивную составляющую. Так как задача компенсирующего устройства в целом заключается в том, чтобы из энергетической системы потреблялась только активная составляющая, то компенсатору необходимо погасить реактивную составляющую (рис. 1).

В реальном объекте токи и напряжения не постоянны и не синусоидальны. Поэтому возникает вопрос, как в реальном времени рассчитать ток для компенсирующего устройства. На это вопрос может дать ответ р-q теория, принцип которой представлен на рис. 2.

Энергетическая система

Нелинейная нагрузка

Необходимый ток компенсации <

Компенсирующее устройство

Рис. 1. Блок-схема работы компенсирующего устройства

Рис. 2. Принцип работы р-д теории

* Г * 1

1а 1 Уа - Рс

* 2 , 2 *

1 Уа + -Уа1 1-Чс 1

*

С *

УСЪ

*

УСс

1 0

-1 л/3

2 2

-1 —/3

2 2

а

*

1в

где р = Уа  а + V р- 1р - мгновенное значение активной энергии в р^ системе; д = Ур- а - Уа- 1р - мгновенное значение реактивной энергии в р^ системе.

На основе полученных уравнений составлена математическая модель расчета реактивной составляющей тока нагрузки

Рис. 3. Модель расчета реактивной составляющей тока нагрузки

и результаты моделирования

Представленный выше график практически не встречается в отечественной литературе, но его алгоритм построения находит применение в компенсирующих устройствах применительно к приводу. Модель позволяет оценить энергетические показатели привода, используя «р^» теорию. Таким образом, компенсирующее устройство может работать по сигналам с привода, использующую в системе управления «р^» теорию, так и по собственным датчикам.

S. Gumilevsky, T. Chernova

Reactive power compensation systems for asynchronous electric A model calculation of the reactive component of load current through the use pq theory is shown.

Keywords: reactive power compensation, asynchronous motor.

Получено 06.07.10

УДК 620.9:502.14:62-83

Н.А. Фрозинов, асп.,

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В АСИНХРОННОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Показано, что асинхронный двигатель является наиболее распространенным видом электрических машин, потребляющих в настоящее время около 40 % всей вырабатываемой электроэнергии. Выявлена необходимость создания АЭМ с высокими энергетическими характеристиками (с высоким коэффициентом мощности, малыми потерями и др.), что приведет к значительному сбережению электрической энергии и улучшению качества электроснабжения.

Ключевые слова: энергетическая эффективность, реактивная мощность, циркуляция реактивных токов, коэффициент мощности АЭМ.

Известно, что любая индуктивная нагрузка (индуктивный дроссель, трансформатор, электрический двигатель) потребляет индуктивный ток из питающей энергосистемы. Индуктивный ток отстает по фазе от активного тока и нужен только для создания магнитного потока. Асинхронная электрическая машина (АЭМ) не является исключением. В ней также есть и активные токи, и индуктивные токи, как в двигательном, так и в генераторном режимах ее работы. Фактически, индуктивные токи АЭМ снижают ее энергетическую эффективность (т.е. уменьшает коэффициент мощности). Значит, реактивные токи и реактивная мощность в фазах электрической машины не создают активной мощности на валу, а создают только лишь вращающееся магнитное поле. Для повышения коэффициента мощности АЭМ применяют компенсирующие электрические конденсаторы, имеющие опережающую фазу тока по отношению к сетевой синусоиде напряжения. Их присоединяют к статорным индуктивным обмоткам

Идеальным режимом компенсации реактивной составляющей тока АЭМ является резонансный режим в этом многофазном индуктивно - конденсаторном контуре, который достигается подключением к фазным обмоткам электрических конденсаторов определенной емкости. При реализации резонансного режима индуктивности асинхронной машины и