Электротехнические комплексы и системы управления

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОУНИВЕРСИТЕТ

ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ МВД РОССИИ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Межвузовский сборник научных трудов

Воронеж 2001

24

УДК 621.313

Межвузовский сборник научных трудов включает результаты научных исследований, проводимых специалистами ведущих вузов и промышленных предприятий г. Воронежа в области разработки новых математических методов моделирования и анализа сложных электротехнических комплексов, составляющих основу современных производственных систем.

Кроме того, в сборнике представлены статьи, рассматривающие вопросы создания программных и алгоритмических средств, ориентированных на использование в рамках автоматизированных и автоматических систем управления и базирующихся на информационных технологиях.

Сборник научных трудов подготовлен в электронном виде в текстовом редакторе MS Word и содержатся в файле ЭТКиСУ-01.zip.

Рецензенты: кафедра электротехники Воронежского государственного агроуниверситета; д-р техн. наук, проф. С. В. Бухарин, Воронежский институт МВД России

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

Коллектив авторов, 2001

Оформление. Воронежский государственный технический университет, 2001

25

Введение

Тематическая направленность сборника научных трудов отражает современный уровень состояния проблем моделирования, проектирования и управления электротехническими комплексами.

Публикуемые в сборнике материалы являются результатами научных исследований, проводимых авторами в вузах и промышленных предприятиях.

Рассмотрены актуальные вопросы исследования особенностей режимов работы электроприводов постоянного тока с циклической нагрузкой, характеристик асинхронных двигателей в частотно-каскадном электроприводе, средств эффективной молниезащиты промышленных объектов, секвенциальных алгоритмов для синтеза структур объектов систем безопасности, квазиустановившихся режимов при разрыве фазы в сети, а также создания специальных устройств систем электромеханики.

Кроме того, в сборнике достаточно внимания уделено вопросам использования в области анализа сложных систем аппарата нечеткой логики и нейронных сетей, а также современных пакетов прикладных программ.

Статьи реализуют единую научную методологию, основанную на применении информационных технологий моделирования и анализа.

Материалы сборника характеризуются высоким содержательным уровнем, имеют практическую направленность на решение важных инженерно-технических задач в различных объектных областях и будут полезны специалистам, занимающимся разработкой и внедрением информационных технологий в научные исследования, проектирование и управление сложными системами.

26

УДК 62-8.018.53.001.57

В. Д. Волков, А. В. Смольянинов ПАРАМЕТРЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

В ЧАСТОТНО-КАСКАДНОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Уточняется модель частотно-каскадного электропривода на основе учета влияния частотного управления асинхронным двигателем на параметры эквивалентной схемы цепи выпрямленного тока ротора. Предлагаются расчетные зависимости для определения параметров цепи выпрямленного тока ротора в функции частоты питающего напряжения и инженерные зависимости для расчета основных характеристик электропривода.

регулировочным свойствам исполнительных устройств систем управления определяют целесообразность применения регулируемых электроприводов

сраздельными каналами управления и компенсации возмущений.

Вполной мере подобным свойствам разделения каналов передачи управляющих воздействий обладает частотно-каскадный электропривод /1/, целесообразность применения которого возрастает в случае построения многодвигательных систем с синхронным (общим) управлением в функции технологически значимой координаты и асинхронным (индивидуальным) регулированием частоты вращения асинхронных электродвигателей с фазным ротором (АДФ) в функции компенсируемой. В качестве компенсируемой может быть выбрана любая координата привода, в том числе и возмущение, обусловленное изменением нагрузки АДФ.

Усложнение традиционного способа каскадного управления АДФ введением частотной составляющей за счет изменения частоты питающего напряжения, расширяет регулировочные возможности электропривода (ЭП), но, вместе с тем, оказывает существенное воздействие на процессы электромеханического преобразования энергии, не позволяя тем самым использовать известные /2/ зависимости для расчета скоростных и механических характеристик ЭП. Это обусловлено известным /3/ изменением параметров двигателя при частотном управлении, не учитываемом распространенными расчетными зависимостями каскадного электропривода. Влияние частотного регулирования на расчетные параметры АДФ, управляемого по принципу асинхронно-вентильного каскада (АВК), может быть определено на основании схемы замещения (рис.1), учитывающей особенности эксплуатации двигателя в частотнокаскадном электроприводе /2,3/.

На рис.1 обозначено: U1 – статорное напряжение; U2 – напряжение

коммутируемое в ротор; - относительная частота; r1’, r2, – активные сопротивления статора и ротора; х1’, х2 –индуктивные сопротивления

27

рассеяния статора и ротора; xm – индуктивное сопротивление контура намагничивания; s – скольжение.

Схема замещения АДФ при частотно-каскадном управлении

Рис.1

На основании схемы замещения, ток фазы ротора АДФ может быть определен в виде

Из теории АВК /2,5/ известно, что используемая в расчетах основных характеристик привода эквивалентная схема замещения цепи выпрямленного тока ротора (ЦВТР) определяется приведенными к ней значениями активного и реактивного сопротивлений, образующих эквивалентное сопротивление Zэ фазы двигателя. Выделяя в Zэ необходимые составляющие, после преобразований получим

28

Кроме того, характерной особенностью каскадного ЭП является наличие коммутационных интервалов (интервалов перекрытия токов фаз), влияющих на энергопреобразующие свойства привода и разграничивающие возможные режимы работы роторного выпрямителя на

коммутационные потери определяются преимущественно индуктивностью фазы двигателя. Во второй рабочей области ( 3 =const) определяющими

становятся коммутационные потери, связанные с запаздыванием включения вентилей роторного выпрямителя /5/.

Ток перехода во вторую рабочую область определяется известным соотношением /2/ и значительно превосходит номинальный ток, а следовательно, и момент двигателя. С учетом этого, при построении систем управления скольжением частотно-каскадного ЭП достаточно располагать эквивалентной схемой ЦВТР для первой рабочей области. Для ее определения может быть составлена эквивалентная схема цепи постоянно-переменного тока, приведенная на рис.2, где обозначено Ld, rd – индуктивность и активное сопротивление сглаживающего дросселя; Edi – постоянное напряжение вводимое в ЦВТР; Id – выпрямленный ток ротора.

Эквивалентная схема цепи переменно-постоянного тока ротора

Рис.2 Анализ эквивалентной схемы цепи переменно-постоянного тока

ротора позволяет формально получить ряд достаточно важных характеристик частотно-каскадного ЭП.

Считая ток идеально сглаженным /2/ и учитывая, что на межкоммутационном интервале ток обтекает две фазы двигателя, можно записать /4/

29

Уравнение (6) соответствует установившемуся режиму, однако как следует из (5), в переходных режимах (Id const) на электромагнитное равновесие существенное влияние оказывают индуктивности фаз двигателя и дросселя. Таким образом, учет в (4) влияния индуктивностей позволят получить уравнение динамического равновесия

Анализ (6) показывает, что вносимое электродвигателем в ЦВТР сопротивление равно удвоенной сумме активных сопротивлений статора и ротора только при условии xm>>x1>r1, что справедливо для электродвигателей большой мощности при номинальной частоте статорного напряжения, а так же позволяет установить одну из важнейших характеристик частотно каскадного ЭП, зависимость скольжения от выпрямленного тока ротора, учитывающую частотный характер управления АДФ, в виде

Для определения другой, важной для исследования каскадных схем ЭП, взаимосвязи – моментно-токовой характеристики, рассчитаем среднее значение электромагнитной мощности Рэм на выходе выпрямителя. Учет коммутационных потерь и потерь в меди, которые согласно эквивалентной схеме цепи постоянно-переменного тока характеризуются активным сопротивлением RЭ1 получим

30

Поскольку M Pэм , из (8) следует выражение моментно-токовой

0

характеристики АДФ для первой рабочей области

Полученные зависимости позволяют определить параметры эквивалентной схемы ЦВТР и основные характеристики частотнокаскадного электропривода. В тоже время, они, при функциональном подобии, более сложны и громоздки, что требует установить степень их отличия от известных /2/. Последнее проведено на основе анализа ошибки определения эквивалентных активного r(%) и реактивного x(%) сопротивлений фазы статора, вносимых в цепь ротора (рис.3).

Ошибка определения активного и реактивного сопротивлений

31