ПРОМЫШЛЕННЫЕ БЕСЩЕТОЧНЫЕ СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
70—е годы характеризуются широким внедрением БСД и БСГ. БСМ являются массовой продукцией электротехнических фирм США, Великобритании, ФРГ, Франции, Японии, Австрии, Швеции, Нидерландов, Швейцарии, Италии, Финляндии. Осуществляется серийное производство БСМ в СССР, ГДР, ЧССР, ПНР, НРБ, СРР.
Бесщеточные синхронные двигатели выпускаются на мощности от нескольких десятков киловатт до десятков мегаватт с широким диапазоном частот вращения. Напряжение статора от 400 В до 13,2 кВ. Вращающийся преобразователь - трехфазный диодный мостовой или нулевой.
Зарубежными капиталистическими фирмами широко применяется тиристорное пускозащитное устройство и УУВ с блоком точной синхронизации, что позволяет получить БСД для любых условий пуска УУС с АРВ, но возможны упрощенные схемы.
Промышленные БСД успешно эксплуатируются в нефтяной, химической, цементной и других отраслях промышленности. При этом распространены БСД в исполнении для наружной установки, защищенном и взрывозащищенном, а также для условий, где доступ к СД затруднен, например в приводе насосов системы охлаждения атомных электростанций, установленных в помещениях, заполненных азотом [30]. Относительно новыми областями применения БСД являются вентильные двигатели и системы генератор-двигатель гидроаккумулирующих станций.
За рубежом в настоящее, время бесщеточное исполнение СГ средней мощности является основным. В выпускаемых БСГ применяют ВбС и диодный или тиристорный ПбВ, причем схема ПбВ в основном трехфазная мостовая. Точность поддержания напряжения в зависимости от требований +0,5 -2,5%. Первая величина достигается применением корректоров (АРВ), а вторая - СФК без дополнительных элементов. Провал напряжения при набросе номинальной нагрузки по току составляет 10-20%, а время восстановления напряжения в схемах с диодным ПбВ и ВбС 0,4-1 с, в схемах с ВбК и ВбС с тиристорным ПбВ 0,2—0,4 с. Особый интерес для зарубежных фирм представляют схемы, где удается избежать СФК и связи по силовым цепям с выходными зажимами СГ. Имеет место тенденция устанавливать на БСГ АР В, а также унификации АРВ для широкого диапазона мощностей.
Уже в конце 60-х годов стоимость БСМ находилась на уровне аналогичных СМ со статическим возбуждением [85] . По данным фирмы Маrtlli, бесщеточное возбуждение для тихоходных СД является наиболее дешевым.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Аналитический обзор схем возбуждения, управления и защиты БСМ показал, что разработанные в настоящее время схемы элементов БСМ позволяют проектировать БСМ, удовлетворяющие всем современным техническим требованиям, предъявляемым к синхронным машинам средней мощности. Введение в анализ функциональной структуры БСМ позволило систематично рассмотреть схемы отдельных элементов БСМ, каждая из которых может быть использована при построении реальной структуры БСМ, отвечающей в наибольшей степени конкретным техническим требованиям.
Промышленные схемы БСМ строятся на базе синхронных возбудителей и диодных вращающихся преобразователей. В БСГ применяются также полностью и полууправляемые ПбВ. Получают развитие асинхронные, каскадные и самовозбуждающиеся гармонические возбудители, а также вращающиеся трансформаторы. Применение каскадных и гармонических возбудителей позволяет повысить динамические характеристики БСМ (например, иметь время восстановления напряжения при набросе номинальной нагрузки 0,1 с).
БСВ позволяют сравнительно простыми средствами обеспечить независимость системы возбуждения путем сведения к минимуму связей БСВ с силовыми элементами СМ и питающей ее сетью. В высоковольтных СМ преодолены трудности, вызванные использованием СФК или дополнительной обмотки на статоре. При этом для возбуждения используется энергия высших гармонических возбудителей или часть н.с. ротора СМ. Решен вопрос надежной защиты
OB CM от перенапряжений в переходных режимах. Зарубежными фирмами разработаны и освоены в производстве схемы управления БСМ для любых условий пуска. Имеет место тенденция размещения все большего числа структурных элементов БСВ на вращающемся валу СМ. При этом управление БСМ осуществляется с использованием как роторных параметров, так и сигналов от измерительной аппаратуры в статоре, передаваемых на вал с помощью вращающихся трансформаторов. Конструкция ВЧ при этом не претерпевает существенных изменений из-за малости габаритов электронных управляющих устройств.
Схемы устройств измерения тока ротора и выявления асинхронных режимов БСМ строятся с использованием особенностей физических процессов не только в СМ, но и в БСВ, что открывает новые возможности повышения надежности СМ.
Несмотря на большой объем исследований и разработок схем БСМ целый ряд вопросов, связанных с исследованием режимов работы БСМ, методов расчета и оптимизации отдельных элементов БСМ, в настоящее время не решен. Это тормозит дальнейшее совершенствование схем БСМ и, как следствие, совершенствование конструкций современных БСМ. В связи с изложенным возникает необходимость выполнить ряд исследовательских и конструкторских работ:
экспериментально-теоретические исследования параметров и характеристик отдельных типов возбудителей и на основе результатов исследований уточнить расчетные методики Вб, в том числе с учетом насыщения и несинусоидальности процессов при работе на выпрямительную нагрузку;
экспериментально-теоретические исследования путей создания самовозбуждающихся возбудителей, использующих для возбуждения энергию высших гармонических реакций якоря Вб и н.с. ОВ при приемлемой величине воздушного зазора;
разработка методов проведения сопоставительных расчетов БСВ с различными типами Вб и ПбВ, обеспечивающих оптимальный выбор схем элементов БСВ в зависимости от условий эксплуатации и других ограничивающих факторов;
разработка методов расчета переходных процессов в БСМ с применением ЦВМ, учитывающих циклически чередующиеся состояния системы Вб - ПбВ;
разработка инженерных методик расчета анормальных режимов БСМ, вызванных повреждениями в ПбВ, ПЗУ, Вб, СМ и силовой аппаратуре и позволяющих осуществить правильный выбор всех элементов БСВ;
разработка схем ПЗУ для БСД с тяжелыми условиями пуска;
разработка схем и конструкций структурных элементов БСВ, размещенных на вращающемся валу и обеспечивающих управление работой БСМ, в том числе с вращающимся управляемым преобразователем;
экспериментально-теоретическое исследование и разработка конструкций минимизированных устройств передачи сигнала управления на вращающийся вал;
исследование надежности работы радиокомпонентов (включая микросхемы) в условиях постоянно действующих центробежных ускорений;
разработка схем контроля работоспособности БСМ, использующих информацию о физических процессах в БСВ.
