Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Автореферат диссертации по электротехнике,, диссертация на тему: Разработка и исследование частотного асинхронного электропривода с системой управления углом между векторами тока статора и тока намагничивания

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему: Разработка и исследование частотного асинхронного электропривода с системой управления углом между векторами тока статора и тока намагничивания

Автореферат диссертации по теме «Разработка и исследование частотного асинхронного электропривода с системой управления углом между векторами тока статора и тока намагничивания»

На правах рукописи

Корчагина Вера Анатольевна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ УГЛОМ МЕЖДУ ВЕКТОРАМИ ТОКА СТАТОРА И ТОКА НАМАГНИЧИВАНИЯ

Специальность 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Мещеряков Виктор Николаевич

доктор технических наук, профессор Калинин Вячеслав Федорович

кандидат технических наук, доцент Петунин Алексей Алексеевич

ОАО «Черметавтоматика» (г. Москва)

Защита диссертации состойся 13 ноября 2009 г. в 1430 на заседании диссертационного совета Д 212.108.01 в Липецком государственном техническом университете по адресу: 398600, г. Липецк, ул. Московская, 30, административный корпус, ауд. 601.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет».

Автореферат разослан « » сентября 2009 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основным элементом регулируемого электропривода переменного тока является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, так как он характеризуется простой и надежной конструкцией.

Учитывая то, что в настоящее время большинство приводов, таких как: вентиляторы, насосы, компрессоры и т.д. — являются нерегулируемыми, актуальной является задача перехода к регулируемым системам управления. При этом система управления должна обеспечивать высокое быстродействие, надежность и высокие энергетические характеристики привода. Экономичность является неотъемлемым свойством, присущим приводам с регулируемой скоростью, поэтому применение частотно-регулируемого привода позволяет экономить потребление электроэнергии за счет точного и оптимального регулирования скорости механизмов, увеличивать срок службы механической части привода, благодаря возможности регулирования величины пусковых токов и моментов двигателя. С развитием микропроцессорных систем электропривод на базе АД получил бурное развитие и в большинстве случаев заменил двигатель постоянного тока. Тем не менее действующие структуры систем управления асинхронным электроприводом, применяемые в настоящее время, продолжают совершенствоваться.

Задача энергосбережения в асинхронном электроприводе на сегодня является приоритетной. При этом синтезу оптимальных систем скалярного и векторного частотного управления посвящено большое количество работ. Однако они характеризуются сложными алгоритмами расчета переменных, зависящих друг от друга. Использование усовершенствованной математической модели асинхронного двигателя дает возможность оптимизировать и упростить алгоритм работы системы частотно-векторного управления.

В механизмах общепромышленного назначения большое распространение получили системы автоматического управления приводами переменного тока. В тех случаях, когда не предъявляются высокие требования к регулировочной способности электропривода, применяется скалярное управление, обеспечивающее постоянство перегрузочной способности. Для увеличения диапазона регулирования и точности управления, а также для обеспечения высоких показателей качества переходных процессов в совокупности с желаемой статической точностью регулирования необходимо применение векторной системы.

Для исследования векторной системы частотного управления требуется применение уточненной математической модели асинхронного двигателя.

Работа выполнена на кафедре «Электропривод» при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет».

Объектом исследования является система частотного асинхронного электропривода с системой управления углом между векторами тока статора и тока намагничивания. /

Целью работы являются исследование и усовершенствование системы частотного электропривода с использованием трехфазной математической модели АД в системе координат ABC путем внедрения адаптивных алгоритмов управления, обеспечивающих энергосбережение во всех режимах работы.

Идея работы заключается в разработке системы частотного асинхронного электропривода, в которой поддерживается на заданном уровне угол управления между вектором тока статора и вектором тока намагничивания.

— сравнительная оценка систем частотного скалярного и перспективных систем векторного управления асинхронным электродвигателем;

— разработка нового схемного решения оптимизированного частотного управления асинхронным ЭП, обеспечивающего минимальное потребление тока статора;

— исследование системы оптимизированного векторного управления асинхронным ЭП по критерию минимизации тока статора;

— разработка структуры оптимизированного частотного управления асинхронным ЭП с применением наименьшего числа датчиков, позволяющая исключить координатные преобразования Парка-Горева;

— разработка математической модели асинхронного ЭП, более точно учитывающая работу силовой части АИН;

— разработка системы частотного ЭП с улучшенными энергетическими характеристиками.

Методы исследования. В работе использованы методы теории автоматического управления, а также математического моделирования и экспериментального подтверждения.

1) Предложен принцип построения замкнутой системы векторного управления с датчиком скорости, в отличие от аналогов исключающий координатные преобразования Парка-Горева за счет введения фазных регуляторов тока намагничивания. При этом работа внутренних контуров в естественной системе координат упрощает и оптимизирует структуру векторного управления;

2) Предложена новая структура системы векторного управления со стабилизацией модуля вектора тока намагничивания АД, отличающаяся от аналогичных системой поддержания заданного угла между векторами тока статора и тока намагничивания, как в статике, так и в динамике;

3) Предложена система задания и коррекции переменных, отличающаяся от известных аналогов наличием блока коррекции модуля вектора тока намагничивания и блока задания угла сдвига фаз между векторами тока статора и тока намагничивания, за счет чего достигается минимизация модуля вектора тока статора, что позволяет добиться энергосбережения в электроприводе.

— разработанный ЭП позволит сократить потребление тока статора из сети в среднем на 10-11% и в целом снизить переменные потери, при этом увеличить максимально допустимый момент по условию нагрева;

— разработанная структура управления ЭП дает возможность построения систем управления многофазным АД, исключает координатные преобразования и тем самым улучшает эксплуатационные показатели;

— разработанные адаптивные регуляторы скорости и вектора тока намагничивания для системы частотного асинхронного ЭП позволяют увеличить быстродействие системы и снизить уровень потребления активной мощности при разгоне и торможении;

— разработанная система оптимального управления позволяет решить задачу согласования режимных параметров энергопотребления насосных механизмов с изменяющимся характером нагрузки котлов и увеличить кпд двигателя в зависимости от величины нагрузочного момента.

Реализация результатов работы. Результаты, полученные в диссертационной работе, применены на питательном насосе парового котла ДЕ-25-14 ГМО на ООО «Эталон Спирт» и используются в учебном процессе на кафедре «Электропривод» ЛГТУ.

На защиту выносятся:

— результаты исследования системы векторного управления с улучшенными энергетическими показателями;

— результаты исследования системы скалярного управления с улучшенными энергетическими показателями;

— математическая модель разработанной системы векторного управления частотным ЭП;

— методика построения энергетических характеристик частотного ЭП со скалярным и векторным управлением.

Достоверность полученных результатов подтверждается совпадением результатов математического моделирования и экспериментов, а также сопоставимостью полученных результатов с положениями общей теории электропривода.

Апробация работы. Основные положения диссертационой работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции, посвященной 50-и летию подготовки инженеров-прокатчиков, г. Липецк, 2008; на V Всероссийской школе-семинаре молодых ученых «Управление большими системами», г. Липецк, 2008.; на ежегодных научных конференциях и семинарах ЛГТУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ общим объемом 31 п.л., из них одна в изданиях из перечня ВАК РФ.

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Общий обьем диссертации 203 е., в том числе 159 с. основного текста, 63 рисунков, 4 таблиц, библиографический список из 116 наименований, 8 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, определены решаемые в диссертационной работе научно-технические проблемы и задачи, показаны новизна и практическая значимость работы; приведены результаты апробации.

В первой главе приведены обзор современных систем асинхронного электропривода с частотным управлением на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя, классификация способов частотного управления, показана актуальность исследований в области создания асинхронных электроприводов. Предложенная классификация отражает отличия в принципиальных методах управления, таких как: скалярное управление, векторное управление и ПУМ. Для существующих методов управления показано единство подходов к совершенствованию систем и улучшению их характеристик. Произведен сравнительный анализ систем скалярного и векторного управления, рассмотрены их достоинства и недостатки. Выявлено, что внедрение регулируемого асинхронного электропривода позволяет получать новые качества систем и часто дает значительный эффект в области энергосбережения. При этом насущной проблемой становится определение экономической эффективности, которую можно получить от внедрения преобразователей частоты. При векторном регулировании, в отличие от скалярного, управление скоростью вращения двигателя осуществляется с помощью регулирования амплитуды и фазы моментообразующих векторов двигателя. Такое управление является наиболее точным в динамике и статике, а также более экономичным.

Во второй главе проведено исследование свойств систем асинхронного электропривода математическими методами. Представлена математическая модель АДКЗ, которая отражает все процессы, происходящие в АД, которые эквивалентны по энергетическим и электромагнитным соотношениям процессам, имеющим место во вращающемся АД. При этом показаны недостатки двухфазных моделей, применение которых не соответствует требованиям при проектировании современного векторного ЭП, т.к. данные модели не учитывают все физические процессы, протекающие в АД, что приводит к ограничению возможностей системы управления. Представленная уточненная модель двигателя в естественной системе координат позволяет анализировать уравнения мгновенных фазных значений, а также рассматривать передаточные функции между переменными, что несомненно удобно для частотного анализа АД как объекта управления, а также при синтезе регуляторов и исследовании динамики электропривода ПЧ-АД. Для создания модели АД использовалась Т-образная схема замещения, позволяющая описать взаимосвязь между мгновенными фазными значениями напряжений, токов и магнитных потоков. Для решения задач синтеза систем управления асинхронными электроприводами целесообразно все параметры системы привести к цепи постоянного тока, при этом математические модели систем частотного электроприводов учитывают электромагнитную инерцию двигателя и действие эдс обмотки статора. При сравнении систем оптимального регулирования асинхронным электроприводом был предложен перспективный закон управления АД в естественной системе координат при под-

Читать еще:  Где на тойота ярис смотреть температуру двигателя

держании угла между вектором тока статора и вектором тока намагничивания на уровне 45°.

Рассматривая уравнение электромагнитного момента

М = ^р„ -|1,Г •^(Т'»^2 + 1-зш(агс!§(Т, -ш)-агс1ё(Т2 -о)), (1)

Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором

Использование: в электроприводах общепромышленных механизмов. Сущность. В способе управления асинхронным двигателем обмотку статора питают от инвертора. В цепи ротора последовательно включены инвертор, нерегулируемый и регулируемый выпрямители. Измеренный ток на входе инвертора сравнивают с заданным значением и по результатам сравнения регулируют напряжение на выходе регулируемого выпрямителя для уменьшения рассогласования между измеренным и заданным значениями тока на входе инвертора. Скорость регулируют изменением частоты напряжения на входе инвертора. В результате уменьшаются потери, повышаются надежность и точность стабилизации момента. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области управления пуском и регулирования скорости асинхронных двигателей.

Известен способ управления асинхронным двигателем, питаемым от инвертора с углом проводимости ключей 120 град. при котором задают начальную частоту питания двигателя, измеряют электрический параметр в отключенной фазе двигателя и по результату измерения формируют команду на переключение ключей инвертора, измеряют импульсы тока в отключенной от источника питания фазе двигателя, сравнивают их с заданным пороговым уровнем и при достижении импульсом тока заданного порогового уровня формируют команду на переключение ключей инвертора [1] Недостатком данного способа является невозможность управления электромагнитным моментом двигателя, т.к. в данном способе не контролируется ток ротора или магнитный поток двигателя.

Известен также способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором, в соответствии с которым обмотку статора двигателя питают от вентильного регулятора напряжения, а в обмотке ротора поддерживают постоянство тока с помощью подключенного к обмотке ротора мостового выпрямителя и соединенного с ним через резистор параметрического стабилизатора тока. При управлении двигателем изменяют напряжение, подводимое к обмотке статора двигателя от регулятора напряжения [2] Недостатками данного способа являются малая надежность, т.к. используется параметрический стабилизатор тока, выполненный с помощью резонансных L-C-контуров, для которых режим холостого хода является аварийным; неэкономичность, т. к. необходим резистор с большим сопротивлением в цепи постоянного тока, на котором происходят дополнительные потери энергии; малая точность стабилизации момента двигателя, т.к. параметрический стабилизатор стабилизирует только ток ротора; сложность регулирования момента двигателя, т.к. параметрический стабилизатор не может плавно регулировать ток ротора двигателя.

В предлагаемом способе управления асинхронным двигателем с фазным ротором регулируют скорость двигателя, изменяя с помощью трехфазного преобразователя частоты со звеном постоянного тока, состоящего из инвертора и регулируемого выпрямителя, частоту напряжения, подведенного к обмоткам статора двигателя, причем напряжение, полученное с выхода инвертора, трансформируют по амплитуде и подают на обмотку статора двигателя, выпрямляют напряжение, снимаемое с выводов обмоток ротора двигателя, а подают его последовательно и согласно с напряжением, полученным от регулируемого выпрямителя, задают желаемое значение тока на входе инвертора, измеряют величину тока на входе инвертора, сравнивают заданное и измеренное значения токов, регулируют напряжение на выходе регулируемого выпрямителя так, чтобы поддерживать заданное значение тока на входе инвертора.

В данном способе управления асинхронным двигателем амплитуда тока статора поддерживается на заданном уровне в течение всего времени работы двигателя. В процессе пуска и регулирования скорости двигателя амплитуды тока ротора поддерживаются на заданном уровне, поэтому ток намагничивается, магнитный поток и момент двигателя имеют практически постоянное значение в течение всего времени пуска или регулирования скорости.

На фиг.1 показана схема устройства, реализующего предложенный способ управления асинхронным двигателем; на фиг.2 экспериментальные механические характеристики асинхронного электропривода, управляемого согласно предложенному способу.

Устройство, реализующее предложенный способ, содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором, нерегулируемый выпрямитель 2, трехфазный вход которого подключен к обмоткам ротора двигателя 1, преобразователь частоты, содержащий инвертор 3 с блоком 4 задания выходной частоты, причем выход инвертора подключен к первичным обмоткам согласующего трансформатора 5, вторичные обмотки которого подключены к обмоткам статора двигателя 1, а вход инвертора 3 соединен последовательно с нерегулируемым выпрямителем 2, сглаживающим реактором 6, регулируемым выпрямителем 7, вход которого подключен к питающей сети, к управляющему входу регулируемого выпрямителя 7 подключен выход блока 8 импульсно-фазового управления выпрямителем, к входу которого подключен выход регулятора 9 входного тока инвертора, имеющего узел сравнения 10, к которому подключен выход блока задания входного тока инвертора 11 и выход датчика 12 входного тока инверторов, реализующего отрицательную обратную связь по току.

Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором в данном устройстве осуществляется следующим образом.

В момент пуска двигателя от блока задания 11 через регулятор тока 9 и блок 8 импульсно-фазового управления подают сигнал задания Uз на выход регулируемого выпрямителя 7. Одновременно устанавливают блоком 4 задания частоты величину выходной частоты инвертора 3. По обмоткам статора двигателя начинает протекать ток заданной частоты. В обмотках ротора двигателя наводится ЭДС и напряжение на выходе выпрямителя 2 складывается с напряжением регулируемого выпрямителя 7. За счет отрицательной обратной связи по току в цепи постоянного тока поддерживается заданная величина тока, то есть входной ток инвертора Id будет иметь заданное значение. В установившемся режиме при неизменном значении тока Id можно записать баланс напряжений в цепи постоянного тока: >* cES + Uв= — U, (1) где E ЭДС неподвижного ротора; S скольжение двигателя; Uв напряжение на выходе регулируемого выпрямителя; DU падение напряжения в вентилях схемы; Rэ эквивалентное сопротивление всех элементов, приведенное к цепи постоянного тока; K * c коэффициент мостовой схемы.

X * т = (X + X)K 2 т + X; (3) R * т = (R1+ R)K 2 т + R, (4) где индуктивное сопротивление обмотки статора двигателя, приведенное к ротору, X2 индуктивное сопротивление обмотки ротора двигателя;
X индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора;
X индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора;
Kт коэффициент трансформации трансформатора, для повышающего трансформатора
активное сопротивление статора двигателя, приведенное к ротору;
R2 активное сопротивление ротора двигателя;
Ke коэффициент трансформации двигателя
Rd активное сопротивление сглаживающего реактора;
R -активное сопротивление первичной обмотки трансформатора;
R активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора.

Регулируемый выпрямитель 7 подключен к сети напрямую, сеть считаем бесконечно мощной и ее сопротивлением пренебрегаем. Если между сетью и регулируемым выпрямителем поставить согласующий трансформатор, то его сопротивление можно будет учесть в формуле (2).

На пусковом участке механической характеристики (фиг.2, линия 1) при больших скольжениях двигателя ЭДС обмотки ротора велика E2 ES. Нерегулируемый диодный выпрямитель 2 работает в режиме, при котором осуществляется нормальная поочередная коммутация диодов. При изменении скольжения S ЭДС обмотки ротора E2 меняется, но за счет действия отрицательной обратной связи по току изменяется также Uв напряжение на выходе регулируемого выпрямителя 7 так, что ток Id остается постоянным по величине.

Согласующий трансформатор 5 служит для согласования токов статора и ротора двигателя. Ток статора равен
I1 IdKсиKт, (5)
где
Kси коэффициент приведения постоянного тока к фазе двигателя.

Ток ротора I2 и приведенный ток ротора равны
I2 IdKсв; (6)

где Kсв коэффициент приведения постоянного тока к фазе ротора двигателя, .

Если инвертор 3 и выпрямитель 2 выполнены по мостовой схеме, то можно считать Kси Kсв.

Подбирая нужный коэффициент трансформации Kт трансформатора 5, можно получить нужное соотношение между токами статора и ротора двигателя и нужный ток намагничивания I.


Модули токов статора и ротора определяются выражениями (5) и (6), в которых ток Id является регулируемой величиной, которая определяется сигналом задания, подаваемым с блока задания 11. В цепь ротора двигателя введено эквивалентное активное сопротивление Rэ (2), оно мало изменяется при изменении скольжения двигателя. Угол 2 сдвига фаз между током ротора и ЭДС ротора небольшой и индуктивная составляющая тока ротора невелика. Поскольку в процессе пуска двигателя амплитуды токов статора и ротора практически постоянны, то и намагничивающий ток I не изменяется, тогда постоянным будет и магнитный поток двигателя и соответственно практически постоянным будет и электромагнитный момент двигателя.

M = KI2cos2 (9)
На фиг. 2 участок 1 механической характеристики, полученной экспериментальным путем, показывает, что при пуске двигатель имеет постоянный момент.

После достижения двигателем скорости, близкой к скорости на естественной характеристике, ЭДС ротора, пропорциональная скольжению, настолько снижается, что мостовой диодный выпрямитель 2 переходит в режим работы, при котором одновременно открыты четыре диода, которые находятся в проводящем состоянии, то есть обмотка ротора двигателя находится практически в закороченном состоянии. В этом случае двигатель работает на участке 2 механической характеристики (фиг.2), здесь механическая характеристика двигателя близка к естественной. При этом ток ротора двигателя I2 определяется величиной нагрузки на его валу, чем меньше нагрузка, тем меньше ток ротора. В соответствии с выражением (8) возрастает величина тока намагничивания. Поэтому при работе в установленном режиме с постоянной скоростью и постоянной нагрузкой можно уменьшить сигнал задания на ток U3 с помощью блока задания 11 и установить нужное значение тока статора.

Читать еще:  Что это за подогреватель двигателя авто бинар

Для регулирования установившейся скорости двигателя вверх от начального значения нужно с помощью блока 4 задания чистоты увеличить чистоту на выходе инвертора 3 и тем самым увеличить скорость вращения поля статора двигателя 1. После этого будет осуществляться автоматический разгон двигателя до новой скорости с постоянным моментом.

Предложенный способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором позволяет полезно использовать энергию скольжения двигателя, передавая ее в цепь статора через звено постоянного тока. Это делает способ очень экономичным. Обеспечивается регулирование в широком диапазоне скорости и момента двигателя, при пуске двигателя поддерживается постоянство тока статора, тока ротора и момента двигателя.

Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором, согласно которому подают в обмотку статора двигателя переменное напряжение, выпрямляют с помощью нерегулируемого выпрямителя напряжение, снимаемое с выводов обмотки ротора двигателя, и регулируют скорость двигателя, отличающийся тем, что указанное переменное напряжение подают с выхода инвертора, выпрямляют переменное напряжение питающей сети с помощью регулируемого выпрямителя, суммируют это напряжение с выпрямленным напряжением, снимаемым с выводов обмоток ротора двигателя, подают полученную сумму этих двух напряжений на вход инвертора, напряжение, полученное с выхода инвертора, трансформируют по амплитуде и подают на обмотку статора двигателя, задают желаемое значение тока на входе инвертора, измеряют величину тока на входе инвертора, сравнивают заданное и измеренное значения токов, регулируют напряжение на выходе регулируемого выпрямителя так, чтобы поддержать заданное значение тока на входе инвертора, а регулирование скорости двигателя осуществляют изменением частоты напряжения на выходе инвертора с помощью блока задания выходной частоты инвертора.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Увеличение — ток — намагничивание

Увеличение тока намагничивания приводит к перемещению прямой н — Нц f ( Uc) вверх, а рост напряжения иг вызывает смещение ее влево. [1]

С увеличением нагрузки погрешность возрастает вследствие увеличения тока намагничивания . [2]

Влияние укорачивающего трансформатора проявляется в том, что с увеличением тока намагничивания ослабляется действие входного сигнала и возрастает влияние запирающего смещения. [3]

При насыщении магнитопровода трансформатора его магнитная проницаемость резко уменьшается, вызывая увеличение тока намагничивания и изменение направления магнитного потока. Вследствие этого наведенные во всех обмотках трансформатора напряжения уменьшаются до нуля, а затем изменяют свою полярность. Теперь на базу ранее открытого транзистора 1 подается положительное напряжение и он начинает закрываться, а на базу ранее закрытого транзистора Т2 поступает отрицательное напряжение и он начинает открываться. Этот регенеративный процесс формирования фронта выходного напряжения протекает очень быстро и заканчивается тем, что транзистор Т полиостью закрывается, а транзистор TI — полностью открывается. [4]

Затем, достигнув минимального значения, начинает резко возрастать, так как увеличение тока намагничивания при дальнейшем снижении частоты сказывается сильнее влияния от снижения нагрузки. Потребление двигателем реактивной мощности при снижении частоты возрастает примерно так же, как от повышения напряжения. [5]

На данном этапе определяющим является процесс намагничивания сердечника ИТ и связанное с этим увеличение тока намагничивания . [6]

В дальних электропередачах заметное ограничение напряжения может быть обусловлено насыщением стали силовых трансформаторов, которое приводит к увеличению токов намагничивания и частичной компенсации емкостных токов. [7]

При t ts рабочая точка на гистерезисной петле продолжает двигаться вверх к точке 3, что вызывает насыщение стали сердечника, падение его магнитной проницаемости и увеличение тока намагничивания до / ( рис. IX. [8]

Это требование означает, что площадь на участке я — ctj должна ыть больше площади на участке 2я — а ь что в свою очередь соответствует увеличению тока намагничивания в первом интервале и уменьшению его в третьем. [9]

Увеличение тока холостого хода и повышение потребления реактивной мощности асинхронного двигателя могут возникнуть также вследствие увеличения воздушного зазора между статором и ротором, что приводит к увеличению тока намагничивания , который является основной составляющей тока холостого хода. Увеличенный воздушный зазор и различное значение его величины по окружности имеют место при повышенной вибрации, осадке вала из-за износа подшипников, при низком качестве ремонтных работ механической части электродвигателя. Поэтому при ремонте следует проверять воздушные зазоры электродвигателей, а также мощности холостого хода, сопоставляя их с номинальными значениями. [10]

При нормальном режиме ток небаланса имеет величину порядка 0 01 — 0 2 а в зависимости от точности трансформаторов тока и величины их нагрузки. При коротком замыкании в связи с увеличением токов намагничивания величина тока небаланса возрастает. [12]

Петля гистерезиса, снятая при этих условиях, называется динамической и оказывается более широкой, чем в статическом режиме. Это объясняется тем, что вих — v ревые токи вызывают увеличение тока намагничивания по сравнению с током статической петли. Увеличение тока намагничивания приводит к тому, что для одинаковых значений индукции В напряженность поля Я динамической петли больше, чем статической. [13]

Петля гистерезиса, снятая при этих условиях, называется динамической и оказывается более широкой, чем в статическом режиме. Это объясняется тем, что вих — v ревые токи вызывают увеличение тока намагничивания по сравнению с током статической петли. Увеличение тока намагничивания приводит к тому, что для одинаковых значений индукции В напряженность поля Я динамической петли больше, чем статической. [14]

Таким образом, трехфазный трехстержневой трансформатор может применяться в схемах с соединением обмоток в звезду только с изолированной нулевой точкой. В пятистержневых трансформаторах для замыкания потоков нулевой последовательности служат дополнительные стержни магнитопровода. Этим исключается возможность увеличения токов намагничивания нулевой последовательности при замыканиях на землю в сети. [15]

Способ определения взаимной индуктивности цепи намагничивания частотно-регулируемого асинхронного двигателя

Патент 2420748

Способ определения взаимной индуктивности цепи намагничивания частотно-регулируемого асинхронного двигателя

Изобретение относится к области определения взаимной индуктивности цепи намагничивания частотно-регулируемого асинхронного двигателя. В вычислительное устройство вводят значения частот вращения ротора и магнитного поля статора, фазное напряжение и фазный ток статора, фазовый угол между векторами тока и напряжения одной и той же фазы обмотки статора, активное сопротивление фаз обмоток статора и ротора и кривую намагничивания магнитной цепи, по которой в вычислительном устройстве определяют значение взаимной индуктивности по текущему значению тока намагничивания, модуль которого определяется в том же вычислительном устройстве по математической формуле где I1 — ток статора; R1 — сопротивление обмотки статора; R2 — сопротивление обмотки ротора; φ — угол между I1 и U1 одной и той же фазы обмотки статора; ψ2 — угол между векторами эдс и тока обмотки ротора; |Z| — модуль полного сопротивления фазы обмотки статора. Технический результат заключается в возможности безошибочного управления частотно-регулируемым асинхронным двигателем во всех режимах его работы при изменениях насыщения магнитной цепи. 1 ил.

Изобретение относится к области определения взаимной индуктивности цепи намагничивания частотно-регулируемого асинхронного двигателя, работающего под нагрузкой, и может быть использовано при испытаниях и эксплуатации частотно-регулируемых асинхронных двигателей.

Для эффективного управления частотно-регулируемым асинхронным двигателем требуется оперативное определение изменяющейся в процессе работы взаимной индуктивности цепи намагничивания, необходимой для коррекции угловой частоты скольжения ротора и регулирования величины вращающего момента.

Прямое измерение взаимной индуктивности цепи намагничивания на работающем в различных режимах асинхронном двигателе невозможно, а косвенные методы ее определения недостаточно эффективны.

Известны методы косвенного определения взаимной индуктивности цепи намагничивания работающего частотно-регулируемого асинхронного двигателя в составе методов идентификации электромагнитной постоянной времени короткозамкнутого ротора путем отождествления параметров по каналу регулирования частоты вращения (Zai. L.C., Demarco C.L., Lipo T.A. Anaxtendid Kahman filter approach to motor Application, 1992. Vol.28, №1. p.96-104).

К принципиальным недостаткам указанных известных методов относится то, что в них производится непрямое измерение взаимной индуктивности цепи намагничивания асинхронного двигателя, а косвенное — через электромагнитную постоянную времени ротора путем идентификации параметров, включающем внешний контур регулирования напряжения, и каналу регулирования частоты вращения, включающем внешний контур регулирования вектора потокосцепления ротора, что неизбежно приводит к ошибкам в управлении асинхронным двигателем.

Наиболее близким техническим решением того же назначения по совокупности существенных признаков является способ определения взаимной индуктивности цепи намагничивания асинхронного двигателя, описанный в способе управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, где используется концепция адаптивного управления с эталонной моделью, в которой рассматривают уравнения схемы замещения асинхронного двигателя, содержащие общее сопротивление намагничивающей цепи, причем в качестве вектора переменных состояний приняты компоненты намагничивающего тока ротора, а в качестве входа — токи статора, а математическая модель двигателя — в виде уравнений токов и момента (Ч.Аттаианесе, А.Дамиано, И.Марониу, А.Перфетто. Управление асинхронным двигателем с адаптацией к изменяющейся электромагнитной постоянной времени ротора // Электротехника, 1996, №7, с.29-31). При этом в вычислительное устройство вводят частоты вращения ротора и магнитного поля статора, фазное напряжение и фазный ток статора, фазовый угол между векторами тока и напряжения одной и той же фазы обмотки статора, активные сопротивления фаз обмоток статора и ротора и индуктивности рассеяния фаз обмоток статора и ротора.

Читать еще:  Двигатель 406 инжектор стучит на холодную

К недостаткам описанного способа относится то, что в известном способе реализации управления асинхронным двигателем используется адаптация к изменяющейся электромагнитной постоянной времени ротора, в которую входит взаимная индуктивность намагничивающей цепи, а не ее прямое определение, что также не может обеспечить безошибочное управление частотно-регулируемым асинхронным двигателем из-за сложности математического аппарата и трудности обеспечения адекватности математической модели, требующей высокого быстродействия средств моделирования.

Задачей предлагаемого способа является оперативное определение взаимной индуктивности цепи намагничивания вращающегося асинхронного двигателя во всех режимах его работы при изменениях насыщения магнитной цепи с целью получения необходимых данных для коррекции угловой частоты скольжения ротора и задания требуемой величины вращающего момента.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе определения взаимной индуктивности цепи намагничивания частотно-регулируемого асинхронного двигателя, при котором в вычислительное устройство вводят частоты вращения ротора и магнитного поля статора, фазное напряжение и фазный ток статора, фазовый угол между векторами тока и напряжения одной и той же фазы обмотки статора, активного сопротивления фаз обмоток статора и ротора и индуктивности рассеяния фаз обмоток статора и ротора, введены отличия, заключающиеся в том, что в вычислительное устройство дополнительно вводят кривую намагничивания магнитной цепи, вычисленную расчетным или снятую опытным путем в зависимости от тока намагничивания, по которой определяют в вычислительном устройстве взаимную индуктивность цепи намагничивания по текущим значениям тока намагничивания Lm=f(Im), модуль текущего значения которого вычисляют по математической формуле:

где I1 — фазный ток статора; R1 — активное сопротивление фазы обмотки статора; R2 — активное сопротивление фазы обмотки ротора; φ — фазовый угол между векторами тока и напряжения одной и той же фазы обмотки статора; ψ2 — угол между векторами эдс и тока обмотки ротора, определяемый по формуле:

где L2 — индуктивность рассеяния обмотки ротора; ωск — абсолютная частота скольжения ротора (частота тока ротора):

где ω1 — частота вращения магнитного поля статора; ω2 — частота вращения ротора; s — относительное скольжение ротора:

— модуль полного сопротивления фазы статора:

где U1 — напряжение фазы обмотки статора; угол γ определяется из соотношения:

где L1 и L2 — индуктивности рассеяния фаз обмоток соответственно статора и ротора; R и L — полное активное сопротивление и полная индуктивность фазы обмотки статора.

Представленная математическая формула (1) для непосредственного оперативного определения взаимной индуктивности цепи намагничивания Lm частотно-регулируемого асинхронного двигателя получена следующим образом.

Представим уравнения Т-образной схемы замещения так, чтобы в них не входила составляющая цепи намагничивания с нелинейным элементом Lm (далее — все величины с индексом 2 приведены к обмотке статора):

где I2 — ток обмотки ротора; Z1 — полное сопротивление фазы обмотки статора:

Z2 — полное сопротивление фазы обмотки ротора:

где R2 — активное сопротивление фазы обмотки ротора, определяемое по формуле:

Ток намагничивания Im определяем из выражений (7) и (8):

где Z — полное сопротивление фазы обмотки статора работающего двигателя:

Представим уравнение (12) в виде:

После подстановок в (14) значений Z1, Z2, Z получим вектор намагничивающего тока:

или модуль намагничивающего тока

Таким образом, взаимную индуктивность цепи намагничивания частотно-регулируемого асинхронного двигателя определяют в любом режиме его работы по текущим значениям тока намагничивания Im, определяемым по частотам вращения магнитного поля статора ω1 и ротора ω2, фазному напряжению U1 и фазному току I1 статора, фазовому углу φ между векторами тока и напряжения одной и той же фазы обмотки статора, величинам активного сопротивления фаз обмоток статора R1 и ротора R2 и индуктивностей рассеяния фаз обмоток статора L1 и ротора L2.

Технический результат состоит в том, что определение взаимной индуктивности производят оперативно.

Предложенная математическая зависимость для оперативного определения взаимной индуктивности цепи намагничивания частотно-регулируемого асинхронного двигателя позволяет эффективно использовать математическую модель для безошибочного управления вращающим моментом и тем самым обеспечить необходимые (заданные) режимы работы машин, механизмов, оборудования, графиков и безопасности движения электроподвижного состава и т.п. без непредусмотренных сбоев и остановок, а также повысить безопасность для обслуживающего персонала.

Данный способ реализуется с помощью блок-схемы, представленной на чертеже.

К обмотке статора 1 асинхронного двигателя подключены: инвертор 2, подающий питание от силового трансформатора; датчики: фазного тока 3, фазного напряжения 4, фазового угла между векторами тока и напряжения одной и той же фазы обмотки статора 5 через датчики 3 и 4, частоты вращения магнитного поля статора 6 и температуры обмотки статора 7. К ротору подсоединен датчик частоты вращения 8. К вычислительному устройству 9 подключены датчики: фазового угла между векторами тока и напряжения 5, частоты вращения магнитного поля статора 6, температуры обмотки статора 7 и частоты вращения ротора 8. Вычислительное устройство 9 конструктивно выполнено заодно с блоком системы управления 10, к которому подсоединен задатчик режимов работы 11.

Способ оперативного определения взаимной индуктивности цепи намагничивания частотно-регулируемого асинхронного двигателя осуществляют следующим образом: в вычислительное устройство 9 вводят конструктивные параметры асинхронного двигателя: кривую намагничивания в зависимости от тока намагничивания; расчетные величины активного сопротивления фазы обмотки статора R1, индуктивности рассеяния фаз обмоток статора L1 и ротора L2, затем в это же вычислительное устройство подают информацию: от датчика 3 о силе фазного тока L1; от датчика 4 о величине фазного напряжения U1; от датчика 5 о величине фазового угла φ между векторами тока I1 и напряжения U1; от датчика 6 о частоте вращения магнитного поля статора ω1; от датчика 7 о температуре обмотки статора и от датчика 8 о частоте вращения ротора ω2. Затем вычислительное устройство 9 определяет активное сопротивление фазы короткозамкнутой обмотки ротора R2 по математической формуле (11), взаимную индуктивность цепи намагничивания определяют по кривой намагничивания в зависимости от тока намагничивания, модуль текущего значения которого вычисляют по математической формуле (I):

где I1 — фазный ток статора; R1 — активное сопротивление фазы обмотки статора;

R2 — активное сопротивление фазы обмотки ротора; φ — фазовый угол между векторами тока I1 и напряжения U1 одной и той же фазы обмотки статора;

ψ2 — угол между векторами эдс ротора Е2 и током ротора I2, определяемый по формуле: ,

где L2 — индуктивность рассеяния фазы обмотки ротора; ωск — абсолютная частота скольжения ротора (частота тока ротора):

где ω1 — частота вращения магнитного поля статора; ω2 — частота вращения ротора; s — относительное скольжение ротора: ;

— модуль полного сопротивления фазы обмотки статора:

, где U1 — напряжение фазы обмотки статора; I1 — ток фазы обмотки статора; угол γ определяется из соотношения:

где L1 и L2 — индуктивности рассеяния фаз обмоток соответственно статора и ротора; R и L — полное активное сопротивление и полная индуктивность фазы обмотки статора.

Положительный эффект состоит в том, что определение взаимной индуктивности производят оперативно во всех режимах его работы при изменениях насыщения магнитной цепи, значения которой необходимы для коррекции угловой частоты скольжения ротора и задания требуемой величины вращающего момента, что позволяет безошибочно управлять частотно-регулируемым асинхронным двигателем.

Способ определения взаимной индуктивности цепи намагничивания частотно-регулируемого асинхронного двигателя, при котором в вычислительное устройство вводят частоты вращения ротора и магнитного поля статора, фазное напряжение и фазный ток статора, фазовый угол между векторами тока и напряжения одной и той же фазы обмотки статора, активные сопротивления фаз обмоток статора и ротора, отличающийся тем, что в вычислительное устройство дополнительно вводят кривую намагничивания магнитной цепи, по которой определяют в вычислительном устройстве взаимную индуктивность цепи намагничивания Lm=f(Im), модуль текущего значения тока намагничивания определяют по математической формуле: ,где I1 — фазный ток статора;R1 — активное сопротивление фазы обмотки статора;R2 — активное сопротивление фазы обмотки ротора;φ — фазовый угол между векторами тока I1 и напряжения U1 одной и той же фазы обмотки статора;ψ2 — угол между векторами э.д.с. и тока обмотки ротора, определяемый по формуле: ,где L2 — индуктивность рассеяния фазы обмотки ротора;ωск — абсолютная частота скольжения ротора (частота тока ротора); ωск12,где ω1 — частота вращения магнитного поля статора;ω2 — частота вращения ротора;s — относительное скольжение ротора: ;|Z| — модуль полного сопротивления фазы обмотки статора: ,где U1 — напряжение фазы обмотки статора;I1 — ток фазы обмотки статора;угол γ определяется из соотношения: ,где L1 и L2 — индуктивности рассеяния фаз обмоток соответственно статора и ротора;R и L — полное активное сопротивление и полная индуктивность фазы обмотки статора.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector