МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ КОНДЕНСАТНОГО НАСОСА ТЭЦ С ЧАСТОТНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

MATHEMATICAL MODELING OF A HIGH VOLTAGE ASYNCHRONOUS MOTOR OF A CONDENSATE PUMP CHPP WITH FREQUENCY CONTROL

Alexander Saksonov

master's student, Department of power Supply and electrical engineering, Togliatti state University,

Russia, Togliatti

АННОТАЦИЯ

В данной статье приводятся результаты математического моделирования высоковольтного асинхронного двигателя конденсатного насоса ТЭЦ с частотным регулированием. Моделирование проводилось при номинальной частоте сети питания 50 Гц и при частоте питания 45 Гц.

ABSTRACT

This article presents the results of mathematical modeling of a high-voltage asynchronous motor of a condensate pump of a CHPP with frequency control. The simulation was performed at a nominal power supply frequency of 50 Hz and at a power supply frequency of 45 Hz.

Ключевые слова: частотное регулирование, высоковольтный асинхронный двигатель, энергоэффективность, ТЭЦ.

Keywords: frequency control, high-voltage asynchronous motor, energy efficiency, CHPP.

Высоковольтные асинхронные электродвигатели в системе собственных нужд (СН) теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) занимают главное место, т.к. являются приводами для различных крупных насосных агрегатов в роде питательных насосов, сетевых насосов, циркуляционных насосов, конденсатных насосов и т.д. Вместе с этим они являются самыми крупными потребителями в системе СН ТЭЦ, на них приходится около 60 % потребеления электроэнергии выделяемой на собственные нужды.

В последнее время актуальна тема энергосбережения и энергоэффективности. В том числе эта тема касается и электрических станций, в особенности тепловых, т.к. они имеют значительное количество электрооборудования в системе собственных нужд, и повышение энергоэффективности системы СН ТЭЦ повлечет за собой повышение энергоэффективности всей ТЭЦ.

Одним из самых распространенных решений для подъема уровня энергоэффективности в том числе и в энергетике – это внедрение  преобразователей частоты (ПЧ) для совместной работы с асинхронными двигателями [1]. Последний зарекомендовал себя наилучшим образом при работе с асинхронными двигателями класса напряжения 0,4 кВ. Внедрение ПЧ для работы с высоковольтными асинхронными двигателями долгое время велось в медленных темпах, т.к. высоковольтные тиристорные преобразователи имеют сложные схемы и низкий cosφ; IGBT-транзисотры долгое время существовали с классом напряжения до 1000 В. В настоящее время имеются высоковольтные IGBT-транзисторы с классом напряжения 3,3 Кв и 5 кВ. Это позволяет создавать высоковольтные ПЧ с более простыми схемами, меньшими габаритами и высоким cosφ.

В [2] описана эффективность применения высоковольтного ПЧ совместно с сетевым насосом ТЭЦ.

В данной статье проводится математическое моделирование высоковольтного асинхронного электропривода конденсатного насоса (КН) с частотным регулированием в пакете Simulink MATLAB с целью снятия характеристик тока статора, частоты вращения ротора и электромагнитного момента при частоте тока 50 Гц и при частоте 45 Гц.

В качестве высоковольтного асинхронного двигателя берется модель АВ-113-4М имеющего номинальную мощность 250 кВт и номинальное количество оборотов в минуту равное 1000 об/мин. Данная модель высоковольтного асинхронного двигателя является распространенным приводом конденсатных насосов российских ТЭЦ. На математической модели данный асинхронный двигатель обозначен “Высоковольтная асинхронная машина”. К валу высоковольтного асинхронного двигателя присоединена нагрузка с номинальным моментом 700 Н·м (вывод “Tm”). В качестве источника питания выступает трехфазный источник напряжения с линейным напряжением 6,3 кВ и сдвигом фаз в 120°. В качестве высоковольтного ПЧ используется шестиплечевой диодный мост (”Диодный мост”) соединенный с шестиплечевым транзисторным мостом (”Автономный инвертор напряжения”). ПЧ состоит из двух ячеек напряжением 3,3 кВ каждая. Для простоты и наглядности ПЧ представлен одной ячейкой напряжением 6,3 кВ. Для управления открытием и закрытием IGBT-транзисторов ПЧ на их затворы подается управляющий сигнал генерируемый широтно-импульсным модулятором (”ШИМ-генератор”). ПЧ имеет скалярное управление и I·r-компенсацию. Для снятия характеристик испрльзуются 3 осциллографа (”Фазный ток статора”, “Скорость ротора”, “Электромагнитный момент”).

Simulink-модель представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Simulink-модель высоковольтного асинхронного двигателя КН с питанием от ПЧ

Ниже показаны графики фазных токов статора, скоростей вращения и электромагнитных моментов высоковольтного асинхронного двигателя при частоте питания 50 Гц (слева) и 40 Гц (справа).

На рисунках 2-4 приведены полученные характеристики фазных токов статора, скоростей вращения и электромагнитных моментов.

Рисунок 2. Фазные токи статора высоковольтного асинхронного двигателя КН

Рисунок 3. Скорости вращения ротора высоковольтного асинхронного двигателя КН

Рисунок 4. Электромагнитные моменты высоковольтного асинхронного двигателя КН

По графикам можно увидеть, что при снижении частоты питания на 10 Гц фазный ток статора снижается с 20 до 16 А, соответственно потребляемая двигателем активная мощность также снижается. Заметно, что электромагнитный момент высоковольтного асинхронного двигателя при снижении частоты питания не изменяется благодаря I·r-компенсации.

В заключение необходимо отметить, что частотное регулирование скорости вращения роторов высоковольтных асинхронных двигателей способствует повышению энергоэффективности систем собственных нужд ТЭЦ.

Список литературы:

1. Маношин Д.А. Математическое моделирование частотно регулируемого электропривода со скалярным управлением в Simulink // Colloquium-journal. — 2019. — № 14. — С. 26-29.
2. Саксонов А.С. Эффективность применения частотно регулируемого электропривода для сетевых насосов теплоэлектроцентралей // Молодой учёный. — 2019. — № 39. — С. 201-203.