Авторы: Битюцкий А.Ю., Гулина Д.В., Маренич К.Н.
Источник: Автоматизация технологических процессов. Поиск молодых. Сборник научных работ XI научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке, 2011 г. – 60–62 стр.
Битюцкий А.Ю., Гулина Д.В., Маренич К.Н. Обоснование способа предотвращения рывка при переключении асинхронного двигателя с квазичастотного на номинальный режим работы. Рассмотрен способ квазичастотного управления асинхронным электродвигателем, а также метод плавного перехода с квазичастотного на номинальный режим работы, приведены осцилограммы работы двигателя.
Способ квазичастотного электропитания асинхронного двигателя (АД) заключается в применении маловентильных тиристорных коммутаторов (ТК), основу которых составляет встречно-параллельно соединённая тиристорная пара. При квазичастотном электропитании тиристоры ТК отпирают чередующимися группами. При этом на нагрузке из отрезков синусоид напряжений сети формируется трёхфазная система напряжений более низкой частоты. Формирование квазисинусоидального напряжения осуществляется посредством модуляции напряжения сети частоты (fc) сигналом пониженной частоты (fm). Основываясь на выражении критического момента:
Можно сделать вывод, что при понижении частоты питающего напряжения, возрастает момент двигателя. Так, при переходе на частоту питающего напряжения, равную 7,14 Гц получаем повышение критического момента в 2 раза при одновременном снижении угловой скорости w в 5–7 раз.
Этот эффект целесообразно использовать для решения актуальных проблем транспортных систем горного предприятия, а именно для устранения заштыбовки скребковых конвейеров, а также гидротранспортных установок. Функциональные возможности ТК позволяют рационально решить вопросы управления пуском и торможением асинхронного электропривода горной машины. Однако следует отметить, что переход с квазичастоты на номинальную частоту питания электродвигателя сопровождается динамическим ударом, резким уменьшением значения угловой скорости. Этот процесс характеризуется ненулевыми начальными условиями, т.к. включение последующего режима электропитания АД происходит при незатухшем магнитном потоке, определяемом предшествующим режимом. В результате взаимодействия двух одновременно протекающих переходных процессов в АД возникает переходный момент. Этот процесс представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Осциллограмма переходных процессов при разгоне привода скребкового конвейера посредством переключения частот подведенного напряжения с пониженной частоты на номинальную
Задача снижения ударных моментов, ограничения скорости их нарастания может быть удовлетворительно решена в системах управления полупроводниковыми преобразователями за счёт программного изменения во времени управляющих воздействий, подаваемых на вход преобразователя, и обеспечения фазонаправленного включения последующего режима. При равенстве по модулю и совпадению по фазе векторов начальных установившихся потокосцеплений статора (ротора) величина переходного момента АД равна нулю. Указанное условие может быть выполнено при изменении частоты подводимого к АД напряжения. Разгон привода осуществляется путём подачи на АД напряжений последовательности частот: fc/fm = 7; fc/fm = 4; fc/fm = 3; fc/fm = 1.
Исследованиями установлено, что при ступенчатом изменении частоты питающего АД напряжения имеет место искажение синусоидальной формы тока ротора (рис. 2). Этот эффект наиболее сильно выражен, если переключение осуществлялось с частоты 7,14 Гц из выбранного ряда частот. Переходные процессы при переключении частот напряжения, питающего АД, в последовательности: 7,14 Гц; 12,5 Гц; 16,67 Гц отличаются минимальными продолжительностями. Это подтверждает приемлемость данного способа управления АД при разгоне привода конвейера.
Рисунок 2 – Осциллограмма переходных процессов при разгоне привода скребкового конвейера посредством ступенчатого переключения частот подведенного напряжения с пониженной частоты на номинальную
При переключении частот питающего АД напряжения с 16,67 Гц на 50 Гц необходимо повысить плавность переходного процесса. Эта задача, как правило, решается посредством программного (фазового) изменения во времени величины напряжения сети подводимого к АД.
С целью уменьшения замедления ротора АД при переключении частоты питающего напряжения с 16,67 Гц на 50 Гц начальная величина напряжения промышленной частоты сети принимается по критерию равенства электромагнитных моментов, развиваемых АД при частоте напряжения 16,67 Гц и начального – при частоте 50 Гц.
Исходя из изложенного выше можно отметить, что предотвратить рывок, а также снизить ударный момент привода можно за счёт программного изменения во времени управляющих воздействий, подаваемых на вход ТК. При этом ТК формирует и подаёт на АД квазисинусоидальные напряжения в последовательности частот: 7,14 Гц; 12,5 Гц; 16,67 Гц, после чего на АД подаётся напряжение частоты сети при плавном повышении его величины с помощью фазового регулирования от фиксированного пониженного до номинального значения. Начальная величина напряжения сети принимается из условия равенства электромагнитного момента, развиваемого АД при fc = 50 Гц, моменту при частоте напряжения fm = 16,67 Гц.