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

Что такое ток намагничивания асинхронного двигателя

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.

Читать еще:  Дайхатсу хайджет технические характеристики двигателя

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-

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 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.

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.

Читать еще:  Устройство и работа двухтактного дизельного двигателя

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.

Читать еще:  Характеристики по номеру двигателя фольксваген

Что такое ток намагничивания асинхронного двигателя

12. Автоматизированные системы управления на производстве.

К.т.н. Корчагина В.А., главный специалист по электрооборудованию

ОАО «НЛМК» Корчагин А.А.

Липецкий государственный технический университет

РАЗРАБОТКА ЧАСТОТНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ВЕКТОРНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ

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 [1,2].

При сравнении систем оптимального регулирования асинхронным электроприводом был предложен перспективный закон управления асинхронным двигателем в естественной системе координат при поддержании угла между вектором тока статора и вектором тока намагничивания на уровне 45 0 .

Рассматривая уравнение электромагнитного момента

(1)

(2)

(3)

(4)

Т1 и Т2 — постоянные времени, зависят от относительного скольжения :

(5)

(6)

где — выражение для амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), характеризующее изменение соотношений модулей векторов токов при изменении частоты ; — выражение для фазовой частотной характеристики (ФЧХ), характеризующее изменение угла между векторами токов при изменении частоты .

На рис.1 функциональная схема системы управления частотным асинхронным электроприводом с релейным регулятором тока: 1– инвертор; 2,3 –датчики тока; 4 – асинхронный двигатель; 5 –датчик скорости; 6 – широтно-импульсный (ШИМ) регулятор тока; 7 – сумматор тока; 8 – блок сравнения скорости; 9 – блок задания скорости; 10 – блок ограничения частоты вращения магнитного потока; 11– формирователь задания мгновенных значений тока намагничивания; 12– компаратор; 13 – блок задания модуля тока намагничивания; 14 – пропорционально-интегральный регулятор скорости; 15 – блок коррекции; 16 – блок сравнения между заданным и рассчитанным углом вектора тока статора и тока намагничивания; 17,18,19 – фазные блоки сравнения тока намагничивания; 20, 21, 22 – фазные блоки расчета тока намагничивания; 23, 24, 25 – регуляторы тока намагничивания двигателя; 26 – блок расчета скольжения; 27 – блок формирования частоты вращения магнитного потока; 28 – блок расчета постоянной времени интегрирования; 29 – блок расчета угла между векторами тока намагничивания и тока статора; 30 – блок задания угла 45 0 ; 31 – блок задания разности частот вращения поля статора и ротора двигателя; 32 – блок коррекции; 33 – блок расчета фазного напряжения; 34 – блок наблюдателя угла между векторами тока статора и фазного питающего напряжения.

Продифференцируем уравнение (1) и приравняем дифференциал к нулю. Найдем корень уравнения, который будет являться оптимальной частотой вращения (рад/с). При этом момент будет максимальным:

, (7)

где — задаваемая разность частот вращения поля статора и ротора двигателя, которая зависит от насыщения магнитной цепи и нагрева обмоток, — постоянная времени обмотки ротора.

Система построена по принципу регулирования отклонения реального значения от заданного значения . Приведённая на рис. 1 система частотного асинхронного электропривода обеспечивает минимизацию потребления тока статора двигателя при заданном значении статического момента. Основной структурной составляющей ЭП является АИН с двухпозиционными гистерезисными регуляторами, которые позволяют обеспечивать прямое управление током. П ередаточная функция регулятора тока намагничивания имеет вид

. (8)

На вход каждого из 3-х регуляторов подается периодический сигнал задания на ток намагничивания , поступающий с блока 11.

Рис.1.Функциональная схема управления асинхронным электроприводом с релейным регулятором тока

Бросок тока намагничивания трансформатора

Бросок тока намагничивания трансформатора — это кратковременный ток намагничивания трансформатора, превышающий номинальный ток нагрузки, возникающий при включении трансформатора (автотрансформатора) под напряжение или при его восстановлении. При этом, бросок тока намагничивания раз от раза может отличаться на одном и том же трансформаторе, так как имеет значение вектор и величина напряжения, подаваемая на обмотку трансформатора при включении коммутационного аппарата.

  1. Причины возникновения броска тока намагничивания
  2. Описание процесса
  3. См. также
  4. Примечания

Причины возникновения броска тока намагничивания

Причиной возникновения БНТ в силовых трансформаторах является резкое изменение уровня напряжения намагничивания. Хотя обычно возникновение БНТ связывают с включением трансформатора под напряжение, он также может быть обусловлен:

  • Возникновением внешнего КЗ,
  • Восстановлением уровня напряжения после отключения внешнего КЗ,
  • Переходом КЗ из одного вида в другой (к примеру, переход однофазного КЗ в двухфазное КЗ на землю),
  • Несинхронным подключением генератора к системе.

Поскольку ветвь намагничивания схемы замещения трансформатора, может быть представлена как шунт при его насыщении, ток намагничивания нарушает баланс между токами на выводах трансформатора. Дифференциальная защита воспринимает ток БНТ как дифференциальный, однако должна устойчиво функционировать в таком случае. Отключение трансформатора при БНТ является нежелательным с точки зрения условий обеспечения длительного срока службы трансформатора (отключение тока индуктивного характера вызывает высокие перенапряжения, что может представлять угрозу для трансформатора и быть косвенной причиной возникновения внутреннего КЗ).

Описание процесса

Намагничивание трансформатора изза включения его под напряжение считается самым неблагоприятным случаем, вызывающим БНТ наибольшей амплитуды. Когда производится отключение трансформатора, напряжение намагничивания оказывается равным нулю, ток намагничивания снижается до нуля, в то время как магнитная индукция изменяется согласно характеристике намагничивания сердечника. Указанное обуславливает наличие остаточной индукции в сердечнике. Когда, по истечении некоторого времени, производится повторное включение трансформатора под напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, магнитная индукция начинает изменяться по тому же закону, однако со смещением на значение остаточной индукции. Остаточная индукция может составлять 80–90% номинальной индукции, и, таким образом, точка может переместиться за излом характеристики намагничивания, что, в свою очередь, обуславливает большую амплитуду и искажение формы кривой тока.

На рисунке представлена характерная форма БНТ. Данная осциллограмма отображает наличие длительно затухающей апериодической составляющей, может быть охарактеризована содержанием различных гармоник и большой амплитудой тока в начальный момент времени (до 30 раз превышающей значение номинального тока трансформатора). Кривая значительным образом затухает через десятые секунды, однако полное затухание характерно через несколько секунд. При определенных обстоятельствах БНТ затухает лишь спустя минуты после включения трансформатора под напряжение.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector