Особенности потенциального и токового пуска разомкнутых электроприводов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 62-83:681.5

ОСОБЕННОСТИ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО И ТОКОВОГО ПУСКА РАЗОМКНУТЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

С.Н. КУХАРЕНКО, А.И. РОЖКОВ

Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого», Республика Беларусь

Н.Б.А. ФЕРШИШИ

Тунисский университет Науки и Техники

Введение

Современные силовые полупроводниковые преобразователи с активным управлением позволяют создавать источники электропитания с характеристиками идеальных источников тока или напряжения.

Отсутствие внутренних сопротивлений и инвариантность выходных напряжения или тока к нагрузке только на первый взгляд должны всегда положительно сказываться на электропитании электроприводов постоянного и переменного тока.

Наш опыт работы с системами идеальный источник электропитания -«электродвигатель» показывает, что это не так.

Цель работы

Исследовать особенности потенциального регулирования и токового управления разомкнутыми электроприводами постоянного и переменного тока на примере их пуска.

Метод решения

Аналитический и численный анализ математических моделей электроприводов, полученных в работе [1], и экспериментальная проверка адекватности результатов.

Аналитическое исследование матмоделей электродвигателей постоянного тока

Аналитическое исследование полученных в [1] матмоделей производилось для установившегося режима после прямого пуска, когда для электродвигателей постоянного тока производные переменных величин должны быть нулевыми.

Так, например, матмодель ДПТ НВ в этом случае преобразуется к виду

Здесь и далее все будет записываться в обозначениях статьи [1]. Решая систему уравнений (1), можно получить значение установившейся скорости

(1)

є

0

0

(1 + Р2)

ия

є

0

ив

Отсюда видно, что пуск возможен при условии

Это условие выполняется для реальных р1 Ф 0, р Ф 0) источников напряжения или тока, а также для идеальных источников напряжения (р1 = 0, р = 0).

В случае же использования идеальных источников тока (р1 = да, р2 = да) условие пуска (2) невыполнимо, так как при этом в°ия ^ да и (Ос^ст ^ да .

Конкретный анализ матмодели ДПТ НВ для данного случая [1]

0 = Т . а0.. ° _ М 0)

1, 4 \1ия 'ив ст)

т

показывает, что его решение при нулевых начальных условиях имеет вид:

О = *4 • (*0 • С _ Кп ) Т.

Видно, что пуск осуществляется по линейному закону, если 1{)ш • и > Мп, но для останова необходимо реализовать обратную связь по моменту нагрузки, уменьшающую токи в конце пуска так, чтобы ^ • и = Мст. Следовательно, при токовом электропитании ДПТ НВ электропривод должен быть замкнутым.

Результаты анализа матмоделей сведены в таблицу 1, где аббревиатура означает:

ДПТ НВ - двигатель постоянного тока независимого возбуждения;

АД - асинхронный двигатель;

РИН - реальный источник напряжения;

ИИН - идеальный источник напряжения;

РИТ - реальный источник тока;

ИИТ - идеальный источник тока.

Таблица 1

Параметры пуска электродвигателей постоянного тока

№ п/п Тип ЭД Тип ИЭП Установившиеся значения переменных Условия пуска

1 ДПТ НВ РИН 0 (1 + р2) • е°я (1 + р2)2 Т2 х 0 / 0 \2 ^ \еив ) х (1 + р1) • Мст, е0 > (1 + Р2). Т2 х ия 0 Т • е 1 ив х (1 + р1). МСт .

и„ = е0 (1 + р).р. р4 • М", я ия 0 ст^ еив

,0 = .0 = (1 + р2). МО, ио = е1в , я ия 0 ст^ в /-! \ 5 еив (1 + Р2)

1° = 1° = и0. вивв

Продолжение табл. 1

№ Тип Тип

п/п ЭД ИЭП Установившиеся значения переменных Условия пуска

ИИН

РИТ

ИИТ

00 =

Єш

г _ г° =

я ия

Т2 . М

О

cm

(e°)

ив

u0 = e° , u° = e° ,

я ия в ив

М

г0 _ г0 _ e0

в ив ив

Совпадает с РИН при е0 = от • i0 е0 = о • i0

еия М 4 1ия’^ив У 2 1в

0 = Т4 . (4 • гО _M°m) • Т _Var,

М!! = и1я _ Т4 . г1я + Т4 . С . (гия • Св _ML) • Т _Var*

г0 = г0, и0 = и0 = г0 = г0

я ия в ив в ив

О > Ті .МІ euя > Т1 .e0

1 ив

i0 -i0 > M0

ия ив Cm

Для

установления

о

после пуска m -const необходима обратная связь, задающая i0 •i0 = M0

ия ив ст

ДПТ

пар.

возб.

РИН

„О Єш Т2 . Мcm

0 _ То-------------/7^

I

Т1 .(гв0 )2

(1 + Рі) + -2- .«1 Рі,

т,

и0 = и0 = e0 _

я ия ия

Рі . Т4 . Ml

г о = Ml

г0

О ^ 2

Єш ^ — Х «2

Рз Ч1 + Рз)

VMfm,

ив _ «2 .Uя0, С _ г°° + «1 .гв0,

г0 = «2 . С

в 2.(1 + рз)

.(1 ± 5),

5 _

1 _

4- Рз .Mlm -(1 + Рз)

«1 . «2 . (e° )2

ИИН

Совпадает с ДПТ НВ при e° _ e

,0

ив

РИТ

Совпадает с РИН при е°ия = о1 • т4 • i

одновременно

4 >^-[(і+Рі)х ті

Mcm -0]

Х-їР _« Рігв] гв

Установившаяся скорость может принимать два различных значения

ИИТ

ОО „О = р1 . гия _ рз . гя

p .«2.(г0 _г0) ’

А^1 2 У ия я у

, и° =-и0 =

яв

«2

1

= и..

= _ -ги, г° = (ги _/и).«, = и

в’в V ия я / 1

«2

г о г ия

-я _ 2

1 ±

1 _

4.«, . M

1 і

Л

С >

О

cm

2 • л1а, М

V 1 (

одновременно

/О > Рз ./0

ия я

р

У становившаяся скорость может принимать два различных значения

Окончанж mабл. 1

№ Тип

п/п Тип ЭД ИЭП Установившиеся значения переменных Условия пуска

О

e

ив

2

X

О

в

О

ия

3 ДПТ посл. возб. РИН a0 = Т2-(1 + pl + Pl>, РЯт Ті 1 Рз иЯ = е°яя - Р1 • Т4 • ія и0, «2 і0 = і0 = м0 = ЛІМ0 я оя в V ст > *,•м° X ия ст *1 X (1 + Р + —!> Рз

ИИН 0 1 а =т= -—, мЯ = еЯя --•мЯ, М Рз «2 іЯ = іЯя = МЯ = JМ., e° > М0 x ия ст *i X (1 + P), Рз P = ^ Рз ^

РИТ Совпадает с РИН при е;я = р • т4 • г°я

ИИТ 0 /'0 *0 Д/гОч а = Т4 • (іоя * ія - Мст Т- Vа;, М0 = Т4 •і0 +т4 •і0 -(і0 -і0 -М0 > X я 4 оя 4 оя У оя оя ст ' •0 0-0 0 0 , 1 X Т - va^ ія = М = іоя , моя = Мя + X «2 X м. - va; С > Vk, Для установления 0 после пуска ш -const необходима обратная связь, задающая i0 = Л/м0 ия V ст

Исследование частотно-токового пуска асинхронного электродвигателя

Математическая модель асинхронного электродвигателя существенно нелинейна [ 1 ]

~TrL = -Т2 -Р: + Т2 " ч/(і + кГ ' PN )'(С) - k;2 '{al UN 'a') ' (РГХ) >

То < 1 ^ ( V= (3>

1 о „о \ Лт/О Y - я jf0

da

d

V UN

поэтому точного аналитического решения она не имеет.

Численный анализ показывает, что при прямом частотно-токовом пуске АД от идеального источника тока наблюдается три различных случая: незапуск, запуск с колебаниями потока и скорости около установившегося значения, запуск с выходом «в разнос».

Общеизвестная рекомендация управлять АД с постоянством магнитного потока ¥rx -const [2] приводит к преобразованию матмодели (3) к виду

da0

-----= a,

dt

что позволяет найти при однонаправленном вращении (Sign =1) точное решение

a>0 = a • r,

Ш 0

. ■ +k;-Pi,,

kr VN

где a = ----------------------------------------— • дД1 + k2r ■ pN )- (і“ ) - (P;x ) - Т4 •МсЯт.

Отсюда видно, что получить установившуюся скорость можно, если в конце пуска с помощью обратной связи по моменту выполнить условие

у

м0 =

ст і

К -»М • ^4

Экспериментальное исследование прямого частотно-токового пуска АД подтвердило наличие раскачивания скорости, что иллюстрируют временные диаграммы, представленные на рис. 1.

у0

0.5-

и

двиг

-0.5-

3 00

00

00

I

00

а)

Ю

1

0

1

уі 0.5-

Т

300

600

900

1200

1500

0

б)

Рис. 1. Осциллограммы потокосцепления (а) и скорости (б) в конце прямого частотнотокового пуска АД

Заключение

Прямой пуск электроприводов постоянного и переменного тока от реальных и идеальных источников напряжения и реальных источников тока всегда возможен, если выполнены условия пуска.

При пуске двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением от реального и идеального источника тока установившаяся скорость может принимать два различных значения.

Пуск двигателей постоянного тока с независимым или последовательным возбуждением от идеальных источников тока возможен при наличии обратной связи по моменту.

Частотно-токовый пуск АД от идеального источника тока требует стабилизацию потока, дополнительно к обратной связи по моменту.

Полученный результат по ДПТ НВ совпадает, в частности, с известной работой [3].

Литература

1. Кривицкий С.О., Эпштейн К.И. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами. - М.: Энергия, 1970. - 149 с.

2. Ильинский Н.Ф. Электроприводы постоянного тока с управляемым моментом. - М.: Энергоиздат, 1981. - 143 с.

Получено 11.10.2002 г.