Тема 3.2. Работа системы управления и защиты

Система управления и защиты энергоэффективной электрической машины переменного тока может выполнять функции управления пуском (осуществлять безударный пуск электрической машины), торможения (электродинамическое торможение) и реверсирования без регулирования частоты вращения вала в рабочих режимах. Также может осуществляться фазовое регулирование частоты вращения вала, при вентиляторном характере нагрузке, и импульсное, - при значительной механической инерции приводимого во вращение объекта регулирования.

Для безударного пуска после включения в работу блоков 10 к источнику переменного тока вентилями 17 подключаются две фазы обмотки двигателя при прохождении линейного напряжения между этими фазами через ноль, а затем через 90 градусов подключается третья фаза. Безударный пуск асинхронной машины также может осуществляться изменением угла управления вентилями 17 после включения системы управления от 180 градусов до рабочего значения.

Задание закона изменения угла управления может в простейшем случае производиться с помощью RC цепи. Для упрощения формирователей управляющих импульсов, цепи управления вентилей 17 получают электропитание от анодного напряжения.

Датчики тока необходимы для защиты двигателя от перегрузки. При превышении током одного из датчиков токовой уставки, - запрещается подача управляющих импульсов на вентили 17. Фаза обмотки машины включает значительное число последовательно соединенных ветвей, поэтому величина напряжения, подаваемого с датчика напряжения на блоки управления и защиты, составляет не более 50В.

Применяется также защита от исчезновения волны или полуволны тока фазы обмотки статора (режим типа обрыва фазы). Исчезновение тока в фазе приводит к значительному уменьшению вращающего момента, что вызывает аварийную ситуацию при работе механизмов подъема груза. Поэтому защита от исчезновения фазы должна сработать не более чем через 20 мс, исключив аварийный режим. Защита от исчезновения тока фазы выполняется с учетом того, что при фазовом регулировании ток может иметь прерывистую форму, т.е. имеются задержки на время пропадания сигналов в каждом канале. Более подробно работа системы управления и защиты описана в [19] (изучить особенности работы системы самостоятельно).

Тема 3.3. Оценка энергоэффективности

Повышение энергоэффективности электродвигателя со встроенной системой управления и защиты определяется в основном увеличением развиваемого им максимального момента, а также снижением электрических потерь в цепи статора.

Увеличением максимального момента рассмотренного двигателя, по сравнению с двигателем, описанным в [16], связано с расположением лобовых перемычек, соединяющие витковые группы обмотки статора над зубцовой зоной статора с меньшей магнитной проницаемостью.

Для лобовых перемычек в виде прямоугольных шин индуктивность рассеяния перемычек фазы обмотки имеет следующий вид:

где L_л1 – индуктивность рассеяния витковых перемычек фазы обмотки статора (Гн);

l_ЛВ – длина лобовых частей одного витка обмотки статора (мм);

h, b, δ, Δ – размеры перемычек и размеры зазоров (мм);

μ – усредненная магнитная проницаемость зубцовой зоны

сердечника, над которой расположены витковые перемычки;

w – число витков ветви фазы обмотки;

q – число ветвей в фазе.

Аналогичные выражения связывают индуктивности рассеяния перемычек между витковыми группами и перемычек между ветвями. Как следует из (1) с увеличением усредненной магнитной проницаемости относительно стали, уменьшается индуктивность рассеяния фазы статора – момент возрастает [17].

Активное сопротивление цепи с фазой обмотки статора и вентильным элементом включает сопротивления проводников в пазах сердечника r_1П, сопротивления витковых перемычек фазы обмотки r_1Л, сопротивления переходов от проводников в пазах к лобовым перемычкам r_1П-Л, сопротивление перемычек между витковыми группами r_1ПВГ, сопротивление перемычек между ветвями r_1ПВ и эквивалентное сопротивление вентильных элементов r_1В:

. (3.2)

Расчеты показали, что для низковольтных машин переменного тока мощностью 15 кВт экономия меди в цепи статора составляет около30%.

Если принять, что потери в меди обмотки статора таких машин составляют 43% суммарных потерь - повышение коэффициента полезного действия составит около 1%, что приведет к существенному снижению энергопотребления.

Такие двигатели могут найти применение в мобильных энергоустановках на базе микротурбин С30 и С65 [20] (найти и изучить самостоятельно дополнительные материалы по микротурбинным энергоустановкам).

Итогом изучения этого раздела является критический анализ и аспирантами и студентами СНО научных и технических решений в рассмотренной области.