Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

6.9. Lendítőkerekes energiatárolók korszerű hajtásai és szabályozási módszerei 6.9.1. Lendítőkerekes energiatároló hajtás működése 1.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "6.9. Lendítőkerekes energiatárolók korszerű hajtásai és szabályozási módszerei 6.9.1. Lendítőkerekes energiatároló hajtás működése 1."— Előadás másolata:

1 6.9. Lendítőkerekes energiatárolók korszerű hajtásai és szabályozási módszerei Lendítőkerekes energiatároló hajtás működése 1

2 ábra. Korszerű lendítőkerék hajtás. a) Blokkvázlat, b) Üzemi tartomány, c) Határok teljes kihasználása. 2

3 Idők: 3

4 A feladat ábra. A szélgenerátor p G és a lendítőkerék p L teljesítménye. 4  A lendítőkerék hajtás feladata lehet pl. egy szélgenerátor által szolgáltatott, a turbulencia miatt lüktető p G teljesítmény kiegyenlítése. Ez a ábra szerint p L =p Gk  p G lendítőkerék teljesítményt jelent.

5 Kezdőértékek, középértékek: 5

6 ábra. Lendítőkerekes energiatároló működési határai k függvényében. 6  A ábra a k függvényében mutatja az energia és szögsebesség határokat, valamint a célszerű közepes értékeket a névleges (  Ln =  Lmin, E Ln =E Lmin ) értékekre normalizálva.

7 A kompenzálandó teljesítmény lüktetési frekvenciájának korlátja 7

8 ábra. Függvények k=0,75 energiahasznosítási tényezővel. 8

9 9

10 Lendítőkerekes energiatárolók korszerű hajtásai 10  Az a. ábra szerint felépített lendítőkerekes hajtások korszerű változataiban TE teljesítményelektronikaként frekvenciaváltót, VG villamosgépként kalickás rövidrezárt forgórészű aszinkrongépet, állandómágneses forgórészű szinuszmezős szinkrongépet és csúszógyűrűs forgórészű kétoldalról táplált aszikrongépet alkalmaznak. Ennek megfelelően a következőkben csak ezzel a három változattal

11 Kalickás forgórészű aszinkrongépes lendítőkerék hajtás ábra. a) Áraminverteres megoldás,

12 12 b) Feszültséginverteres megoldás.  Ez a változat képes az b. ábrán szemléltetett üzemi tartomány mezőgyengítéses átfogására. AZ ÁG-ből és ÁH-ból álló teljesítményelektronikát az b. ábra 2 jelű pontjának megfelelően P Ln =M Ln  Ln =P Lmax teljesítményre kell méretezni. Ez egyben az ARZ rövidrezárt aszinkrongép névleges teljesítménye is.

13 Állandómágneses forgórészű szinuszmezős szinkrongépes lendítőkerék hajtás ábra. A feszültséginverteres megoldás.  Ugyanazok a megoldások alkalmazhatók állandómágneses forgórészű szinkrongépnél mint a kalickás forgórészű aszinkrongépnél.  Lendítőkerekes hajtáshoz a szinuszmezőst célszerű alkalmazni  Az ÁH és ÁG teljesítményelektronika és az SZ szinkronmotor névleges teljesítménye itt is a 2 jelű ponthoz tartozó P Ln =M Ln  Ln =P Lmax.

14 Csúszógyűrűs forgórészű kétoldalról táplált aszinkrongépes lendítőkerék hajtás ábra. A feszültséginverteres modern megoldás.  Az állórészt közvetlenül kapcsolják a hálózatra (f L1 =f H =50Hz), a forgórészt pedig feszültséginverteren keresztül kapcsolják ugyanarra a hálózatra. Ezáltal az f Lr forgórészköri frekvencia, illetve a fordulatszám változtatható:  n L =(f L1  f Lr )/p*(6.14)

15 ábra. Üzemi tartomány kétoldalról táplált aszinkrongépnél. k=0,75-höz  L =  L1 /3,  Lmax =(4/3)  L1,  Lmin =(2/3)  L1. 15  A veszteségeket elhanyagolva az üzemi tartományt az  L1 =2  f L1 /p* szinkron szögsebességre szimmetrikusan célszerű felvenni:  Lmax =  L1 +  L,  Lmin =  L1  L. Ekkor az energiahasznosítási tényező:  A teljes szögsebesség tartományban képes M Lmax hajtó (töltő) és –M Lmax fékező (kisütő) nyomatékra. Ha a teljesítményt  P Lmax  P L  P Lmax =M Lmax  Lmin szerint korlátozzuk, akkor a szaggatott tartományokban nem üzemel a hajtás. Az aszinkrongép névleges nyomatéka M An =M Lmax, névleges teljesítménye P An  M Lmax  L1 =P Lmax  L1 /(  L1  L ). A teljesítményelektronikán csak a forgórészköri teljesítmény áramlik át.

16 Egyenkörre csatlakozó lendítőkerék hajtás ábra  A teljesítménylüktetés kompenzációja a közbülső egyenkörben is elvégezhető.  Egyforma nagyságú közbülső körű egyenfeszültséget választva a szélgenerátor hajtás és a lendítőkerekes hajtás hálózati áramirányítói összevonhatók.  A közös ÁH hálózati áramirányítón már lüktetésmentes p Gk közepes teljesítmény áramlik át.

17 Lendítőkerekes energiatároló hajtások korszerű szabályozási módszerei ábra  Bármely villamosgépekhez és a háromfázisú hálózathoz teljesen megegyező, feszültséginverter kapcsolású áramirányítók csatlakoznak. Ennek megfelelően a legbelső szabályozási hurokban lévő közvetlen vagy közvetett áramvektor szabályozások is hasonlóak.

18 Teljesítmény lüktetés szabályozása Teljesítmény lüktetés szabályozásának megvalósítása ábra. Háromfázisú hálózatra csatlakozó kalickás aszinkrongépes lendítőkerekes hajtás szabályozókörének a blokkvázlata.

19 19  A lüktető villamos teljesítmény mért p G pillanatértékéből az SZ szűrő előállítja a p Gk középértéket és e két teljesítmény különbsége adja a lendítőkerekes hajtás p LGa villamos teljesítményének az alapjelét:  p LGa =p Gk  p G.(6.31)  A p LGa -ból és az  L lendítőkerék szögsebességből nyomaték alapjelet állít elő az MA egység:  m La =(p LGa  p Lv )/  L, ha  Lmin <  L <  Lmax,(6.32a)  m La =m Lv, ha  L  Lmin, vagy  L  Lmax.(6.32b)  Az  L és az m La jelekből az FA egység meghatározza az AL kalickás aszinkrongép fluxusának a  La alapjelét. A gépoldali SZÁLG szabályozó, az ÁLG áramirányítón keresztül, végzi az AL aszinkrongép nyomatékának és fluxusának a szabályozását.  A szabályozás történhet mezőorientált áramvektor szabályozással (ekkor  La az AL rotorfluxusának az alapjele), vagy közvetlen nyomaték és fluxus szabályozással (ekkor  La az AL állórészfluxusának az alapjele).

20 20  A hálózatoldali SZULE feszültségszabályozó az u Le egyenfeszültséget szabályozza az általa előírt p LHa hatásos teljesítmény alapjellel.  A SZULE feszültségszabályozó azt biztosítja, hogy a közbülsőköri C L kondenzátor u Le feszültsége és (1/2)C L energiája állandó maradjon, azaz ne torlódjon fel energia a közbülső egyenáramú körben.  A q LHa meddő teljesítmény alapjelet külső, hálózati igények szabják meg.  Az SZÁLH szabályozó, az ÁLH áramirányítón keresztül, végzi a lendítőkerekes hajtás villamos hatásos és meddő teljesítményének a szabályozását.  A szabályozás történhet hálózatorientált áramvektor szabályozással, vagy közvetlen hatásos és meddő teljesítmény szabályozással.  A kalickás aszinkrongépes lendítőkerekes energiatároló hajtás ezzel az erősáramú és szabályozó körrel minden fajta lüktető teljesítmény kompenzálására alkalmazható.  Hasonló felépítésű az állandómágneses szinkrongépes lendítőkerék hajtás.  A kétoldalról táplált aszinkrongépes lendítőkerék hajtás blokkvázlata annyiban eltérő, hogy ott mezőgyengítés nem lehetséges.

21 ábra. Állandómágneses szélgenerátor egyenkörére csatlakozó lendítőkerekes hajtás szabályozókörének a blokkvázlata. 21

22 22  A lendítőkerék hajtás ÁLG gépoldali áramirányítójának a szabályozása most is ugyanúgy történik mint a ábrán.  A generátor hajtás és a lendítőkerék hajtás közös ÁH hálózati áramirányítóját úgy kell szabályozni mint a ábrán az ÁLH áramirányítót.  A különbség csupán annyi, hogy most az ÁH áramirányítón a p G +p L  p H eredő teljesítmény áramlik át. Ennek megfelelően az SZUE feszültség szabályozó p Ha  p Gk hatásos teljesítmény alapjelet állít be.  A lendítőkerekes energiatároló hajtás ezzel az erősáramú és szabályozó körrel akkor alkalmazható, ha a lüktető teljesítmény forrása (pl. a szélgenerátor) közbülső egyenáramú körös frekvenciaváltós hajtással rendelkezik.  Ebben az esetben is mutatkozhatnak problémák, például a kétoldalról táplált aszinkrongépnél a teljesítmények a körülményes mérése miatt.  Ha a lüktető teljesítményforrás teljesítményelektronikája a ábrán látható állandómágneses szélgenerátorral megegyező felépítésű, akkor a lüktető p G teljesítmény az ÁG áramirányító egyenáramú oldalán p G =u e i eG szerint egyszerűen számítható és mérhető.

23 Teljesítmény lüktetés szabályozásának szimulációja (MATLAB Simulink) 23  Példaként a ábrán bemutatott rendszer szimulációjának vizsgálatát mutatjuk be (AL).  Egyszerűsítések:  A lüktető teljesítmény forrásaként szélgenerátort tételeztünk fel.  A szélgenerátort a lüktető p G teljesítményével vettünk figyelembe.  A feszültséginverter kapcsolású, ISZM vezérlésű áramirányítókat szabályozható amplitúdójú és frekvenciájú szinuszos feszültség forrásokkal modelleztük.  A kalickás aszinkron gép (AL), a hálózat, a mechanikai rész és az egyenkör pontos állapotegyenleteivel szerepel a modellben.  A szimulációban termelői pozitív irányokkal dolgoztunk, így a hálózatba adott (a lendítőkereket kisütő) p L teljesítmény lett pozitív előjelű.

24 A vizsgált folyamat: 24  A lendítőkerék  Lk =1,581pu szögsebességgel forog (6.9.8.b), k=0,75.  A szélgenerátor p Gk közepes teljesítményéhez egy állandó  P G amplitúdójú és T p periódus idejű szinuszos turbulens lüktetést injektálunk. Ennek megfelelően a szélgenerátor teljesítménye: p G =p Gk +  p G.  A  p G teljesítménylüktetés különböző fázishelyzetében kezdjük el a lendítőkerekes energiatárolóval a lüktetés kompenzálását (p LGa =  p G ).  A rendszer paramétereit a következőkre állítottuk, összhangban az elméleti vizsgálatokkal és a célul kitűzött kompenzálási tartományokkal:  T p =1min=18850pu.; k=0,75 (  Lmin =1pu,  Lmax =2pu); P Gk =1pu a legtöbb esetben; T VGin =1s=314pu; C=7; T Lin =7*314=2198pu (így a (6.7) szerinti  T=10,5s, ami kisebb mint 1min, de a p L a folyamatok alatt többségében így is messze van a P Lmax =1pu értéktől).

25 Tökéletes kompenzáció 25  Ha a rendszer nem éri el korlátait, a kompenzáció tökéletes. Ehhez kicsi lüktetési amplitúdó szükséges:  P G =0,4-re lett választva. A számítási idő 40000pu.  A kompenzáció kezdete a  p G negatív maximumánál (t=(3/4)T p =14138-nál) van. Az így kialakuló szimmetrikus kisütési-töltési periódusok  L középértékét és a kompenzálási tartalékot változatlanul, a kiindulási optimális értéken hagyják. Jól látszik a mezőgyengítés (6.9.24a,d. ábrák).

26 ábra (1). Tökéletes kompenzáció. 26

27 ábra (2). A folyamat időbeli lefolyása (klikk a képre) 27

28 Lüktető komponens fázishelyzetének hatása ábra 28 a. AL aszinkrongép nyomatéka és szögsebessége, b. Lendkerék p L teljesítménye és a p G +p L eredő teljesítmény.

29 Fordulatszám korlátozások periódikusan ábra (1) 29

30 ábra (2) A folyamat időbeli lefolyása (klikk a képre) 30

31 Összes korlát elérése ábra (1) 31

32 ábra (2) A folyamat időbeli lefolyása (klikk a képre) 32

33 A villamos gép veszteségeinek kompenzálása ábra 33 a. AL aszinkrongép nyomatéka és szögsebessége, b. Lendkerék p L teljesítménye és a p G +p L eredő teljesítmény.


Letölteni ppt "6.9. Lendítőkerekes energiatárolók korszerű hajtásai és szabályozási módszerei 6.9.1. Lendítőkerekes energiatároló hajtás működése 1."

Hasonló előadás


Google Hirdetések