Расчетная практика при частотном управлении асинхронным электроприводом горной машины Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

по

Е.К. Ещин

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ

УДК 621.313.62-83.681-5

Е.К. Ещин

РАСЧЕТНАЯ ПРАКТИКА ПРИ ЧАСТОТНОМ УПРАВЛЕНИИ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ГОРНОЙ МАШИНЫ

Реализация упрощенного варианта частотного управления [1-3] движением асинхронного электродвигателя (АД), основанного на замене линейной связи а = (Xр + (3 (при j3=const) связью также линейной -а — кар, но проходящей через

начало координат плоскости с координатами а, ар обеспечивает наличие положительной обратной связи по скорости (здесь: а — относительная частота питающего напряжения АД; ар _ относительная угловая скорость вращения ротора АД; /? - абсолютное скольжение АД).

Понятно, что в динамических режимах нагружения АД, например, при работе с резко переменной нагрузкой обеспечить следование амплитуды питающего напряжения у за изменением частоты а — невозможно из-за инерционных свойств преобразовательного устройства (у - относительное значение амплитуды питающего напряжения).

При относительно малых изменениях момента сопротивления на валу АД инерционность канала

вой скорости вращения ротора увеличение отношения у/а= у/кар вызовет увеличение электромагнитного момента АД и уменьшение отрицательной величины динамического момента, что будет способствовать устойчивости системы электропривода. При уменьшении момента сопротивления на валу АД, наоборот, будет происходить уменьшение положительной величины возникающего динамического момента.

Во всех динамических режимах работы АД будет наблюдаться изменение отношения у/кар. Изменение нагрузки меняет ар, технологические требования изменяют у, поскольку даже при неизменном моменте сопротивления на валу АД, например, увеличение у, влечет за собой увеличение электромагнитного момента АД и увеличение его скорости.

Во всех случаях изменение отношения у/кар меняет величину магнитного потока АД. Это означает, что, во-первых, возникает проблема обеспечения достоверности получаемых результа-

Таблица . Параметры кривой намагничивания АД

io 14.06 27.81 53.79 72.69 97.98 148.68 215.74 302.98 420.48

и 230 322 414 460 506 552 598 644 690

управления амплитудой питающего напряжения даже полезна, т.к. при увеличении момента сопротивления и соответствующем уменьшении угло-

Врсыя, с

Рис. 1 Характер нагружения АД в электроприводе. Здесь W-угловая скорость ротора АД (W=co *20); М -электромагнитный момент АД;

Му - момент в механическом передаточном устройстве (редукторе); Мупор - момент сопротивления на исполнительном органе.

тов в расчетной практике в связи с возможным насыщением магнитной цепи АД, во-вторых, возникает задача оценки возможности обеспечения (сохранения) магнитного потока АД на заданном уровне за счет коррекции коэффициента к в у/кар.

Для расчетов был взят АД производства АВВ Group мощностью 500 kVA с параметрами: JJn= 400 V; /«=50 Hz; to=0.005361 Ohm; Ls=6.497e-05 H; Дг=0.01284 Ohm; Lr=6.497e-05 H; J= 5 kg.m2; p=2. Параметры кривой намагничивания - в табл.

1. Сама кривая намагничивания с достаточной для практики точностью описывается полиномом:

U = 154.9031597 + 6.6274490 • /0 +

+ 0.0409253 • /02 + 0.0001 154- г03 + 0.0000001 • /04 Сравнительные результаты расчетов режима работы АД с пульсирующей нагрузкой по рис. 1 Рис без учета насыщения магнитной цепи и с учетом приведены ниже (рис. 2, 3).

Сравнение результатов расчетов режимов с учетом и без учета насыщения магнитной цепи

Электротехнические комплексы и системы

111

АД в режиме формирования частоты тока статора по а = кар без изменения напряжения у показывают, что учет насыщения - обязателен.

Расчеты без учета насыщения могут привести к искажению результатов формирования

нагрузки на исполнительном органе горной машины и ошибочным результатам оценки значений электромагнитного момента АД (рис.2 - см. время после 2 с.).

Рис. 2 Результаты расчета управляемого режима работы АД без учета насыщения магнитной цепи. Подача нагрузки в момент времени I с. Включение управления - 2 с.

Рис. 3 Результаты расчета управляемого режима работы АД с учетом насыщения магнитной цепи. Подача нагрузки в момент времени 1 с. Включение управления - 2 с.

И Slqnal Builder (K_alf»A<omraLK/Stgnal Builder)

Mr ЕсЫ Grow*» ЬкрмЛ Дать Нф

»ц х % а ^ - -хл 1 ► и ■ -J-» si

Рис. 4 Задаваемое изменение величины амплитуды питающего напряжения АД

Рис. 5 Изменение магнитного потока АД в неуправляемом режиме работы

112

Е.К. Ещин

Рис. 6 Simulink - модель ограничения магнитного потока АД коррекцией значения к в а = коср

1 0045 -

* 1 004

1 0035

I I I

^-Базовое А-''' значение К

1.003

Hill IIIIII

Включение управления

1

1.5

2.5

Время,с

3.5

Рис. 7 Дискретные изменения коэффициента к в а = к(Хр при управлении потоком намагничивания

Рис. 8 Характеристики реализации связи а = кар при изменении амплитуды питающего

напряжения по рис. 5

Эти результаты показывают необходимость контроля за величиной магнитного потока АД и определяют в этой связй необходимость определения возможности влияния на величину магнитного потока изменением значения коэффициента к

в а - кар.

Следует отметить, что в неуправляемом режиме работы величина магнитного потока АД находится в допустимом диапазоне изменения (рис.5).

Электротехнические комплексы и системы

113

Контроль за величиной магнитного потока АД возможно осуществлять различными способами.

Структура модели в Matlab Simulink, реализующая один из возможных вариантов такой работы - рис.6 . В модели предусмотрен режим работы с изменением амплитуды питающего напряжения в соответствии с рис.4.

Можно также показать, что величину к возможно считать управляющим воздействием и при управлении, например, величиной электромагнитного момента формировать его значение по правилу:

к = 1 + R,

(Mz+M)

3 pl(0'V1r

Соответствующий графический фрагмент -рис.9.

Таким образом, реализация структуры управляющего устройства при частотном варианте управления АД на основе использования линейной связи между задаваемой частотой тока статора и угловой частотой вращения ротора ( а — кар )в расчетной практике определяет обязательный учет насыщения магнитной цепи АД.

Рисунок 9 Управление величиной электромагнитного момента АД формированием коэффициента к в

а = кар по к = \ + R, (м, + М) (3/>VP;)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Устройство для регулирования частоты скольжения асинхронного электродвигателя [Текст]: // А.с. СССР, Н 02 Р 7/42(СССР). -N2692727/24-07 / П. Д. Гаврилов. Е, К. Ещин, В. А. Грасс, Г. И. Ивонин, П. И. Манохин, В. И. Янцен; Заявлено 06/12/78; Опубл. 25/07/80, Бюл. N 43.

2. Ещин Е.К. Вариант частотного управления асинхронным электроприводом горных машин / Электротехника, 1996. №1. С.28-30.

3. Ещин Е.К. Управление движением асинхронного электродвигателя горной машины / Вестник КузГТУ, 2014. №4. С.127-130.

□ Автор статьи

Ещин

Евгений Константинович, докт.техн.наук, проф.каф.прикладных информационных технологий КузГТУ, email: [email protected]