Зміст та методичні вказівки до четвертого розділу

В системах електропривода розглядається аспект сумісності силових напівпровідникових перетворювачів (СНП) з двигуном виконавчого механізму, що обумовлений наявністю пульсацій електромагнітного моменту двигуна, який визначається як електромеханічна сумісність [1].

Норми та умови в області електромагнітної сумісності визначають міжнародні стандарти (МЭК (ІЕС) 60034-1, 60034-17, 60050-161, 61000-61800).

Поряд з основоположними стандартами ІЕС 61000 існують розділи з електромагнітної сумісності в міжнародних стандартах по електричним машинам (МЭК (ІЕС) 60034-1, 60034-17) та системах силових електроприводів з швидкістю, що регулюється (МЭК (ІЕС) 61800).

Електромагнітна сумісність напівпровідникових перетворювачів та інших видів електрообладнання промислової системи електропостачання або електроенергетичної системи автономного об’єкта – це здатність їх одночасного функціонування без порушення заданих режимів роботи зі збереженням технічних та експлуатаційних режимів електрообладнання.

Вплив СНП на мережу проявляється в вигляді генерування в неї гармонік напруги та струмів різної фізичної природи та споживання з неї реактивної потужності. Вплив СНП на об’єкт регулювання проявляється у викривленні форми напруги на вхідних зажимах об’єкта, тобто в появі у спектрі напруги вищих гармонічних складових.

Виходячи з різноманіття перерахованих впливів для забезпечення електромагнітної сумісності СНП зі споживачами промислових мереж доцільно використовувати наступні технічні міри: екранування статичного перетворювача, як джерела електромагнітних перешкод; захист статичного перетворювача від впливів зовнішніх перешкод; індивідуальний захист відповідальних споживачів; мінімізацію гармонійних складових напруги та струму, що генеруються у мережу [1].

Стандарт встановлює ряд наступних показників, що впливають на якість електроенергії в усталених режимах:

- усталене відхилення напруги – різниця між дійсним та заданим (номінальним) значеннями напруг, що виражається у відсотках від номінального значення, ;

- усталене відхилення частоти – різниця між дійсним та заданим (номінальним) значеннями частоти, що виражається у відсотках від номінального значення, ;

- коефіцієнт амплітудної модуляції напруги – величина, рівна відношенню напіврізниці найбільшої та найменшої амплітуд лінійної напруги (при наявності його модуляції) до амплітудного номінального значення напруги, що виражена у відсотках, ;

- коефіцієнт викривлення синусоїдальності кривої напруги чи коефіцієнт несинусоїдальності, чи коефіцієнт нелінійних викривлень – величина, що дорівнює відношенню кореня квадратного з суми квадратів амплітудних значень вищих гармонійних складових даної періодичної кривої напруги до амплітудного значення основної (першої) гармоніки, що виражається у відсотках, .

- коефіцієнт пульсації, що характеризує якість напруги в мережах постійного струму – відношення максимального миттєвого значення змінної складової до номінального значення постійної складової , що виражається у відсотках, .

Наявність вищих гармонік в кривій мережевої напруги знижує надійність та якість роботи електрообладнання технологічних установок.

При несинусоїдній напрузі мережі живлення зростають похибки систем захисту, індукційних лічильників, систем імпульсно-фазового керування, погіршується робота телемеханічних пристроїв тощо. Застосування додаткових технічних засобів для захисту цих систем, таких як фільтри та автономні джерела живлення, збільшують їх вартість. Вищі гармоніки ускладнюють також використання силових кабелів в якості каналів зв’язку для телемеханічних систем. Це призводить к додатковим затратам на організацію спеціальних каналів зв’язку, а в окремих випадках змушує використовувати дорожчі пристрої телемеханіки.

Забезпечення електромагнітної сумісності можливе за допомогою мінімізації вищих гармонік напруги та струму, що генеруються СНП в електричну мережу, усунення високочастотних коливань напруги в мережі, компенсації реактивної потужності, усунення перешкод в каналах керування перетворювачами тощо. Методи та засоби забезпечення електромагнітної сумісності діляться на два основних типи: структурні та системні.

Структурні методи, що передбачають вплив безпосередньо на СНП, полягають у виборі, побудові та оптимізації схеми перетворення та системи керування для зниження впливу перетворювача на мережу та діляться на три групи: схемні рішення по силовій частині, що забезпечують мінімізацію гармонійних складових напруги та струму; вибір раціонального способу регулювання; вплив на систему керування шляхом введення додаткового сигналу. До методів першої групи можна віднести підвищення фазності схеми випрямлення та створення умовного режиму підвищення фазності на стороні змінного струму. Методи другої групи полягають в виборі способу перетворення змінної напруги в постійну та введенні спеціальних законів керування. Вплив на систему керування в цілях мінімізації неканонічних гармонік, що генеруються, реалізоване за допомогою введення зворотних зв’язків відноситься до методів третьої групи [1].

До системних рішень забезпечення електромагнітної сумісності відноситься корекція структури електромережі та ввімкнення фільтрокомпенсуючих пристроїв, а в автономних системах електроживлення – застосування в системах збудження синхронних генераторів коректорів напруги, що дозволяють стабілізувати основну гармоніку напруги.

Вищі гармонійні складові напруги являються причиною появи ще однієї проблеми – необхідності електромеханічної сумісності перетворювачів та електричних машин, що входять в склад регульованих електроприводів.

Під впливом несинусоїдальної напруги в асинхронному двигуні – електромагнітні моменти двох видів: постійні та коливальні.

Постійні електромагнітні моменти з’являються при взаємодії магнітних полів статора та ротора одного порядку, наприклад, першої гармоніки статора з першою гармонікою ротора чи п’ятої гармоніки статора з п’ятою гармонікою ротора.

Коливальні електромагнітні моменти з’являються в результаті взаємодії гармонік магнітних полів статора та ротора, що мають різних порядковий номер.

Способи мінімізації шкідливого впливу вищих гармонійних складових напруги на характеристики електродвигунів можна умовно розділити на наступні групи: застосування фільтруючих пристроїв; використання схемотехнічних рішень при розробці перетворювачів, включаючи спеціальні закони їх керування; прийняття спеціальних конструкторських рішень при проектуванні електричних машин.

Для забезпечення електромеханічної сумісності електрообладнання, що входить в склад електропривода змінного струму на основі автономного інвертора з широтно-імпульсною модуляцією, слід встановлювати якомога вищу частоту модуляції. У цьому випадку частоти усіх вищих гармонік будуть достатньо високими та не будуть істотно впливати на появу пульсуючих електромагнітних моментів [1].

2.4.2. Контрольні запитання до четвертого розділу

1. Що таке електромагнітна сумісність?

2. Вплив на роботу електрообладнання вищих гармонік струму та напруг.

3. Способи та пристрої забезпечення електромагнітної сумісності.

4. Вибір електроприводів з урахуванням умов експлуатації.

5. Основні етапи розрахунку параметрів та вибору елементів АЕП.

6. Синтез, дослідження та оптимізація параметрів АЕП.