CC BY
21
The paper presents an approach to choosing the option of energy supply facilities -consumers of electric and thermal energy. The boundaries of the use of cogeneration plants are determined depending on the distance to the external power supply system.
Key words: cogeneration plants, construction of a power supply system, low-power facilities, feasibility study.
Ilin Anton Viktorovich, candidate of technical sciences, senior lecturer, vka@,mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of A.F. Mozhajsky,
Kretyuk Denis Aleksandrovich, candidate of technical sciences, senior lecturer, vka@,mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of A.F. Mozhajsky
Solovev Aleksey Vladimirovich, lecturer, vka@,mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of A.F. Mozhajsky
УДК 621.31
ИССЛЕДОВАНИЕ ПУСКОВЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПОНИЖЕННОЙ ЧАСТОТЫ
НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ
Ш.Т. Дадабаев, И.И. Исмоилов
Результаты исследования приведены в виде графиков переходных процессов асинхронного двигателя, которая показывает поведения данного типа машин при пуске от сети с пониженным частотой. Новизна исследования заключается в компьютерном моделировании асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в абсолютных единицах и в детальном графическом выводе результатов. До этого для исследования данного вопроса в основном использовалось моделирование в относительных единицах и при этом вывод результатов получалось обобщенным, а не детальным.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, частота напряжения сети, компьютерное моделирование, переходные процессы, электромагнитный момент, угловая скорость двигателя, MATLAB/Simulink.
Мировой технический прогресс требует постоянного совершенствования работы и расширения функций механизмов и машин, что невозможно без управляемых приводов. Поэтому приводимые механизмы непрерывно улучшаются и управление усложняется. С давних пор было известно, что возможность легко регулировать скорость вращения асинхронных электродвигателей можно добиться только управлением частотой питающего их напряжения. Но теоретическую возможность широкого регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей, было трудно и дорого реализовать технически [3]. Из-за этого применение частотно-регулируемого электропривода в технике долгое время носило характер дорогостоящих систем управления. Сравнительно недавно эта теоретическая возможность была достигнута и реализована в широкой промышленной практике благодаря успехам электроники, а именно успехам силовой электроники. Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, является самым простым, технологичным и дешевым как в производстве, так и в эксплуатации. И потому этот тип двигателя считается наиболее привлекательным для разработчиков электрических приводов любого назначения [4, 6].
290
По общим оценкам сейчас электрические приводы переменного тока в мире стали регулируемыми на 60 %. Как уже отметили регулируемым асинхронным электроприводом считается электропривод с частотным управлением и потому зависимость частоты сети с другими параметрами асинхронного электропривода являются очень привлекательной темой для ученых и исследователей данной области [2, 5].
Напряжение питания асинхронного двигателя возбуждает вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре между статором и ротором [7]. Это магнитное поле вращается с угловой скоростью описываемое с выражением (1).
= М. (1)
Р
где/] - частота напряжения сети, Гц; р - число пар полюсов электродвигателя.
По формуле (1) видно, что угловая скорость пропорционально к частоте/] приложенного к обмоткам напряжения и обратно пропорционально к числу пар полюсов р обмотки статора [8, 9, 10].
Принимая ЭДС приблизительно равной к напряжению питания и, то магнитный поток двигателя можно выразить следующей соотношением:
Ф @-^-. (2)
4,44 ^ко6
Ток в проводниках ротора появляется при движении магнитного поля относительно ротора, после чего в роторе создается собственный магнитное поле. Магнитный поток взаимодействуя с током ротора, создает на валу ротора электромагнитный момент М
М = Ф12. (3)
При частотном управлении у асинхронных двигателей механическая характеристика получается отличительной от других видов регулирования (рис. 1).
Рис. 1. Механическая характеристика асинхронной машины при изменении частоты
На рис. 1 показан характер изменения механических характеристик асинхронного двигателя при частотном управлении. При изменении частоты питающего напряжения на входе АД меняется скорость вращения со1 магнитного поля и тем самим изменяется скорость вращения со2 ротора [5]. К тому же одновременно меняются все остальные параметры нагрузки двигателя и изменяются все его скоростные и нагрузочные характеристики.
Под частотно-управляемым асинхронным электродвигателем обычно понимают электрическую машину с двумя параметрами управления, один из этих параметров - частота, а другая - действующее значение питающего двигатель напряжения.
291
Из-за этого управление считается двухпараметрическим, что означает при управлении любым параметром нагрузки АД надо управлять частотой и напряжением тоже [13, 15].
Однако в данной работе мы исследуем не частотное управление асинхронных машин, а исследуем поведение асинхронных машин при низкой качество напряжения сети, а именно при пониженной частоты сети. Для детального анализа таких процессов в асинхронных машинах необходимо провести компьютерное моделирование. Однако точное математическое описание асинхронного электродвигателя, как и любой электрической машины, очень сложно. Основная сложность заключается в том, что все основные параметры работы асинхронных машин (напряжение, токи и потокосцепления) - переменные векторные величины, характеризующиеся частотой, амплитудой и фазой. Именно поэтому в этой проблеме нам может помочь компьютерные системы, которые могут моделировать переходные процессы асинхронных машин при изменении частоты напряжения сети [5, 6, 15].
Для компьютерного моделирования используем систему МАТЬАБ, которая предназначено для моделирования инженерных и технических систем [1, 2, 10, 11, 14]. В ходе моделирования и работы асинхронной машины принимаем некоторые допущения, это необходимо для упрощения процесса моделирования. Созданная модель приведена на рис. 2.
Окно параметров основных блоков модели приведены на рис. 3 и 4.
^jjjkxk Parameters: Three-Phase Programmable Voltage Source
Three-Phase Programmable Voltage Source (mask) (link)
This block implements a three-phase zero-impedance voltage source. The common node (neutral) of the three sources Is accessible via input 1 (N) of the block. Time variation for the amplitude, phase and frequency of the fundamental can be pre-programmed. In addibon, two harmonics can be superimposed on the fundamental.
Note: For 'Phaser simulation', frequency variation and harmonic Injection are not allowed. Specify Order =1 and seq=l,2 or 0 to Inject additional fundamendal components AandBin any sequence.
Positive-sequence: [ Amplitude(Vrms Ph-Ph) Phase(deg-) Freq. (Hz) ] □ Fundamental and/or Harmonic generation:
1 OK I 1 Cancel | | Help | Apply
Рис. 3. Блок параметров источника напряжения
292
Block Parameters: Asynchronous Machine SI Units is&sj
Asynchronous Machine (mask) (link) •
Implements a three-phase asynchronous machine (wound rotor, squirrel cage or double squirrel cage) modeled in a selectable dq reference frame (rotor, stator, or synchronous). Stator and rotor windings are connected in wye to an internal neutral point.
Configuration Parameters Advanced [ Load Flow
Nominal power, voltage (line-line), and frequency [ Pn(VA),Vn(Vrms),fn(Hz) ]:
[3730 460 60]
Stator resistance and inductance[ Rs(ohm) Us(H) ]:
(1.115 0.005974]
Rotor resistance and inductance [ Rr'(ohm) Ur'(H) ]:
[1.083 0.005974]
Mutual inductance Lm (H):
0.2037
Inertia, friction factor, pole pairs ( J(kg>m*2) F(N.m.s) p() ]:
[0.02 0.005752 2]
Initial conditions
[ 1,0 0,0,0 0,0,0 ]
□ Simulate saturation в
к OK || Cancel | | Help | Apply
Рис. 4. Блок параметров асинхронной машины
Результаты моделирования приведены на рис. 5-7.
Stator currents
1 45 Hz
Ai/jT ri -
I l M 1\ i55
! MI \ \
J 1J Щ
(Iff
1 so Hz
Time
Рис. 5. Графики переходных процессов токов статора АД при разных частотах сети
Electromagnetic torque Те (N*m)
45 Hz /..........................
A 50 Hz
ff 55 Hz
/ /
0 Hz -
.200"--1-'---1-1-1-1-
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
Time
Рис. 6. Графики переходных процессов электромагнитного момента АД
при разных частотах сети
293
Rotor speed
Рис. 7. Графики переходных процессов скорости вращения АД при разных частотах сети
Как показывают результаты моделирования, при изменении частоты питаемой сети, у асинхронных двигателей возникают большие проблемы, причем во всех параметрах машины, как и моменте, скорости и токе статора. Такое понижение частота сети естественно в общих случаях невозможны, но при нагруженных энергосистемах или в сельских местностях такое явление не редкость. Поэтому для устранения такого типа проблемы надо действовать комплексно, т.е. надо и в энергетике, и в электротехнике проводит модернизации. Графики, приведенные на рис. 6 и 7, хорошо показывают, что при понижении частоты сети 20% скорость и момент асинхронной машины переходят на колебательных характер и управление такой машины или электропривода будет трудной задачей.
Список литературы
1. Герман-Галкин С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб.: КОРОНА-Век, 2008. 368 с.
2. Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические машины: Лабораторные работы на ПК. СПб.: КОРОНА принт, 2003. 256 с.
3. Дадабаев Ш.Т. Исследование пусковых переходных процессов высоковольтного синхронного электропривода с учетом нагрева и жаркого климата // Энергетические системы Сборник трудов II Международной научно-технической конференции. Ответственный редактор П.А. Трубаев. 2017. С. 179-184.
4. Дадабаев Ш.Т. Исследование эффективности пуска высоковольтных синхронных электродвигателей при помощи инвертора тока // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 10. С. 618-621.
5. Дадабаев Ш.Т. Математическая модель оросительной насосной станции первого подъёма // Вестник Оренбургского государственного университета. 2015. № 3 (178). С. 239-242.
6. Дадабаев Ш.Т. Разработка математической модели системы регулирования насосных агрегатов оросительной станции первого подъема // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 9. Ч. 1. С. 532-536.
294
7. Дадабаев Ш.Т., Разоков А.Р. Постановка задач по оптимизации работы текстильного электрооборудования при жарком климате. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2012. № 11. С. 58.
8. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока; пер. с нем. М. Л.: Госэнергоиздат, 1963. 735 с.
9. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1998. 172 с.
10. Терёхин В.Б. Моделирование систем электропривода в Simulink (Matlab 7.0.1): учебное пособие. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. 320 с.
11. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB SimPowerSystem и Simulink. М.: ДМК Пресс, 2007. 288 с.
12. Krause P.C. et al., Analysis of Electric Machinery and Drive Systems, Wiley-IEEE Press, 3rd edition, 2013.
13. Sen P.C. Principle of Electric Machines and Power Electronics, 3rd Edition, Wiley, 2013.
14. Perelmuter V.M. Electrotechnikal systems. Simulation with Simulink and Sim-PowerSystems. CRC Press, 2013.
15. Tolibjonovich D.S., Islomovna T.M., Saidulloevna M.D. Modeling of starting transition processes of asynchronous motors with reduced voltage of the supply network. European Journal of Electrical Engineering. Vol. 22. No. 1. 2020. P. 23-28. https://doi.org/ 10.18280/ejee.220103.
Дадабаев Шахбоз Толибджонович, старший преподаватель, shahbozdadoboev @mail.ru, Таджикистан, Худжанд, Худжандский политехнический институт таджикского техничесогоуниверситета имени академикаМ.С. Осими,
Исмоилов Исмоилджон Ильхомович, ассистент, ismoiljon. 0057amail.ru, Таджикистан, Худжанд, Худжандский политехнический институт таджикского техничесого университета имени академика М. С. Осими
STUDY OF STARTING TRANSITION PROCESSES OF AN ASYNCHRONOUS MOTOR AT A LOWERED MAINS VOLTAGE FREQUENCY
S. T. Dadabaev, I.I. Ismoilov
In the article, the results of the study are presented in the form of graphs of the transient processes of an induction motor, which shows the behavior of this type of machine when starting from the network with a reduced frequency. The novelty of the research lies in the computer simulation of an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor in absolute units and in a detailed graphical display of the results. Prior to that, to study this issue, modeling in relative units was mainly used, and at the same time the output of the results was generalized, not detailed.
Key words: induction motor, mains voltage frequency, computer simulation, transient processes, electromagnetic torque, angular speed of the motor, MATLAB / Simulink.
Dadabaev Shakhboz Tolibjonovich, senior lecturer, shahbozdadoboevamail.ru, Tajikistan, Khujand, Khujand Polytechnic Institute of the Tajik Technical University named after academician M.S. Osimi,
Ismoilov Ismoiljon Ilkhomovich, assistant, ismoiljon. 005 7amail. ru, Republic of Tajikistan, Khujand, Khujand Polytechnic institute of the Tajik Technical University by academician M.S. Osimi
