CC BY
64
УДК 621.313
Усынин Ю.С., Валов А.В., Козина Т.А. (Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, revve-ka7@mail.ru)
АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С БЕЗДАТЧИКОВОЙ СХЕМОЙ ИМПУЛЬСНО-ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Существует большая группа механизмов, у которых работа на низких скоростях вращения сопровождается малыми нагрузками, и при работе в этой зоне не требуется большой точности поддержания скорости. В первую очередь, речь идет о тех приводах, которые нецелесообразно отключать, а необходимо переводить на пониженную скорость. Это - вентиляторы в промышленных зданиях, эксгаустеры в кислородно-конвертерных цехах и др. К этой же группе можно отнести электроприводы ленточных транспортеров, если они не работают в ночные смены, но в зимнее время для исключения смерзания смазки в подшипниках их целесообразно переводить на пониженные скорости вращения в режиме холостого хода.
Рассматриваемый ниже вариант импульсно-векторного электропривода хорошо подходит для таких механизмов, поскольку он достаточно недорогой, не содержит избыточных регулировочных способностей, и обладает малым энергопотреблением в режимах пониженных скоростей.
На рис. 1 приведена функциональная схема электропривода. В схеме импульсно-векторного регулирования асинхронного двигателя с фазным ротором статорные обмотки AX, BY, CZ через тиристорный коммутатор подключены к питающей многофазной сети переменного тока А, В, С, а на выход коммутатора включены обмотки ротора асинхронного двигателя ax, by. Обмотка cz может подключаться параллельно или оставаться свободной.
Чтобы создать электромагнитный момент двигателя, в зависимости от сигнала с датчика положения ротора ДПР на два тиристора двух фаз статора асинхронного двигателя, фазную зону которых пересекает магнитная ось обмотки ротора, подаются управляющие импульсы.
Вектор МДС обмоток статора перемещается в расточке статора двигателя дискретно с шагом 60 . Эти переключения производят тогда, когда ориентация векторов МДС обмоток статора и ротора соответствует двигательному моменту [1].
А В С
Рис. 1. Функциональная схема электропривода:
ДТ - датчик тока, РТ - регулятор тока, ДПР - датчик положения ротора, изт - источник задающего напряжения, пропорционального желаемому току статора
Рассматриваемый вариант импульсно-векторного управления имеет ряд преимуществ: во-первых, в нем используется типовое, давно освоенное оборудование, что облегчает внедрение и эксплуатацию; во-вторых, применение простой схемы управления не требует больших затрат на ее реализацию; и, в-третьих, т.к. двигатель переведен в синхронный режим и, следовательно, в нем отсутствует скольжение, то рассматриваемый вариант обладает высокими энергетическими показателями.
Можно надеяться, что данный электропривод имеет большие эксплуатационные возможности, но серьезным его недостатком является наличие датчика положения ротора, обусловленное принципом работы электропривода. Так как управление тиристорами ведется по сигналу обратной связи по углу положения ротора, то необходимо в каждый момент времени иметь точную информацию о положении ротора. Для этого можно использовать датчики положения с абсолютной обратной
связью, например, резольверы или абсолютные энкодеры. Но, установка таких датчиков положения на вал ротора, в свою очередь, значительно затрудняет эксплуатацию, увеличивает стоимость электропривода. Возникает задача создания бездатчиковой схемы импульсно-векторного регулирования асинхронным двигателем с фазным ротором, т.е. без датчика положения ротора. Реализовав такую схему управления, получим привод с типовым асинхронным двигателем с фазным ротором и, следовательно, никаких сложностей по его установке или замене не возникнет.
Поскольку пульсации напряжений на обмотках двигателя зависят не только от величины скорости, но и от угла поворота ротора, то получать достаточно точную информацию о положении ротора представляется возможным, измеряя пульсации напряжения на кольцах ротора и обмотках статора и проводя сравнение этих напряжений. В каждый момент времени существует одна статорная обмотка - свободная обмотка, по которой не течет ток, следовательно, в ней будет присутствовать только наведенное напряжение, при этом напряжения, вызванные взаимными индуктивностями от двух других обмоток, скомпенсируют друг друга. В свободной обмотке будет наводиться только напряжение, обусловленное электромагнитным полем в зазоре электродвигателя, или, другими словами, ЭДС, наводимая в статоре полем ротора, по которой можно будет найти величину изменения угла. Возникает задача определения начального положения ротора.
Допустим, что ток ротора втекает в начало обмотки фазы А и в конец обмотки фазы В, тогда ток в свободной обмотке статора, т.е. в обмотке С будет равен нулю, ток в обмотке А будет равен току ротора, а в обмотке В минус току ротора: ¡с = 0, ¡а = ¡р, Iв = - ¡р. Схема замещения, соответствующая такому подключению обмоток, представлена на рис. 2.
ис
Рис.2. Схема замещения при работе фаз АВ При повороте ротора изменяется взаимное пространственное положение обмоток. Тогда расчетные значения пульсаций напряжений на
статорных обмотках равны: ис = Ьт- соз(я + 120)-^,
где а - угол поворота ротора, Ьдв - взаимная индуктивность между соответствующими обмотками, -м - максимальное значение взаимной индуктивности обмоток статора и ротора.
На рис. 3 изображены расчетные зависимости действующих напряжений на обмотках статора Цд, Цв, Цс и среднеквадратичного тока ротора 1р от угла поворота ротора, откуда видно, что двигатель, подключенный по рассматриваемой схеме, имеет положение устойчивого равновесия при =150°, когда напряжение на свободной обмотке статора равно нулю, т.е. в воздушном зазоре машины не наводится электромагнитное поле, так как свободная обмотка статора и эквивалентная обмотка ротора расположены ортогонально друг относительно друга.
Рис. 3. Зависимость тока ротора и напряжений на статорных обмотках от угла поворота ротора при работе фаз АВ
Вывод: задача создания бездатчиковой схемы импульсно-векторного регулирования является актуальной, и есть все физические и теоретические основания полагать, что возможно реализовать такую схему, основываясь на значениях напряжений на обмотках двигателя.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Усынин Ю.С. Импульсное управление асинхронным двигателем с фазным ротором / Усынин, Ю.С., Валов А.В. // Вестник ЮжноУральского государственного университета. Серия «Энергетика». -2007. -N8. - С. 24 - 27.
УДК 621.365.2 : 681.325
Якимов И.А., Николаев А.А., Корнилов Д.А., Корнилов Г.П., Ануфриев А.В., Горбунов В.С., Прудников Е.В.
(ГОУ ВПО «МГТУ им. Г. И. Носова», г. Магнитогорск, yakimov ivan@mail.ru)
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ
Дуговые сталеплавильные печи (ДСП) в настоящее время являются наиболее производительными сталеплавильными агрегатами. Высокая концентрация тепловой энергии дугового разряда в небольшом объеме позволяет провести полный цикл плавки за 30-40 минут.
Последнее десятилетие характеризуется все большим применением высокоимпедансных печей сверхвысокой мощности, при этом установленная мощность печного трансформатора приближается к предельному значению 1 МВА/т. Печи такого типа характеризуются повышенным вторичным напряжением печного трансформатора (до 1600 В) и последовательно включенным регулируемым индуктивным сопротивлением - реактором, который позволяет регулировать общее сопротивление электропечного контура (импеданса) в широких пределах. Кроме этого реактор обеспечивает возможность работы печи в энергосберегающих режимах - повышенных вторичных напряжениях и пониженных рабочих токов, что является необходимым элементом современной электросталеплавильной технологии [1].
Дуговые печи относятся к мощным потребителям электрической энергии с резкопеременным, несимметричным и нелинейным характером нагрузки. Особенно неблагоприятные значения показателей этих характеристик нагрузки печи (дисперсия, амплитуда колебания и коэффициент несимметрии токов и мощности дуг, реактивной мощности печи) отмечаются в период расплавления твердой шихты. Следствием
