Авторы: М.В. Головатый, студент; К.Н. Маренич, доц., Ph.D
Источник: Автоматизація технологічних об'єктів та процесів. Пошук молодих / Збірник наукових праць XIII науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 14-17 травня 2013 р. – Донецьк, ДонНТУ – 2013, C. 116-118.
М.В. Головатый, К.Н. Маренич. Алгоритм управления асинхронным двигателем в процессе его перевода с квазичастотного режима на естественную механическую характеристику. Рассмотрен проблемный вопрос переключения асинхронного двигателя с квазичастотного режима на электропитание от трехфазной системы напряжений промышленной частоты и его решение. Приведен алгоритм управления асинхронным двигателем в процессе его перевода с квазичастотного режима на естественную механическую характеристику.
Квазичастотный режим позволяет поддерживать работу асинхронного двигателя (АД) на фиксированной пониженной скорости, создавая при этом удвоенный электромагнитный момент и возможность реверса без контакторной коммутации [1]. Этот эффект приемлемо использовать для электроприводов транспортных установок (например, скребкового конвейера), в связи с возможностью преодоления моментов сопротивления, существенно превышающих паспортное значение критического момента АД.
Однако проблемным вопросом является процесс переключения асинхронного двигателя с квазичастотного режима на электропитание от трехфазной системы напряжений промышленной частоты. Это обусловлено возможной пространственной несовместимостью векторов потокосцепления предшествующего и последующего режимов [2], что создает тормозной эффект АД в момент их переключения (рис.1) [3].
Рисунок 1 – Осциллограмма переходных процессов при разгоне привода скребкового конвейера посредством ступенчатого переключения частот подведенного напряжения с f1 = 7,14 Гц на номинальную f2 = 50 Гц
Задачу подавления ударных моментов в АД при его разгоне путем дискретного повышения частот питающего напряжения можно решить в разомкнутых системах управления полупроводниковыми преобразователями за счет программного изменения во времени управляющих воздействий, подаваемых на вход преобразователя, и обеспечения фазонаправленного включения последующего режима. При равенстве по модулю и совпадении по фазе векторов начальных и установившихся потокосцеплений статора (ротора) величина переходного момента АД равна нулю [2]. Данное условие может быть выполнено при плавном изменении частоты подводимого к АД напряжения. Для обеспечения двигательного момента АД соотношение частот сетевого и квазисинусоидального напряжения составляет (3n ± 1), где n – число натурального ряда. При этом, соотношение fc / fm = (6n ± 1) позволяет достичь полной симметрии форм квазисинусоидальных напряжений в фазах и полуволнах [3]. Очевидно, что разгон АД целесообразно производить с фиксированной частоты fm = 50 / 7 = 7,14 Гц.
Задача реализации управляемого разгона АД должна решаться путем дискретного повышения частоты квазичастотного напряжения исходя из принципа совпадения по фазе векторов токов, напряжений, потокосцеплений, соответствующих моменту окончания предшествующего и моменту начала последующего режима электропитания АД.
Учитывая, что трехфазная система квазичастотных напряжений может быть достигнута как при fc / fm = (6n ± 1), так и при fc / fm = (3n ± 1) уместно предположить, что первым этапом управляемого разгона двигателя должен стать перевод его с частоты 7,14 Гц на 12,5 Гц, сопровождаемый повышением частоты переключения групп тиристорных ключей. Учитывая, что открытое состояние тиристоров в каждой группе по своей продолжительности будет противоречить продолжительности включенного состояния групп тиристоров при fc / fm = (3n±1), в данном случае рационально устранить четные либо нечетные интервалы включения групп тиристоров из совокупности соответствующей fc / fm = (6n ± 1). Подобный же подход уместен и для последующего промежуточного интервала адаптации пространственного положения векторов потокосцепления двигателя с режимом электропитания номинальным напряжением. В данном случае уместно увеличить частоту напряжения до 16,67 Гц (fc / fm = 3n) полагая, что соответственно будет увеличена частота переключения тиристорных ключей, а периодическая форма напряжений в фазах тиристорного регулятора будет обеспечена чередованием включенных состояний и пауз между ними. Диаграмма последовательности включения тиристоров для формирования частот 7,14 Гц, 12,5 Гц и 16,67 Гц приведена в таблице 1.
Таблица 1 – Диаграмма последовательности включения тиристоров
|
|
|
| |||||
|
|
|
|
|
|
| ||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
| |||||
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| ||||||
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| ||||||
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||
|
|
| ||||||
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| ||||||
|
|
|
||||||
Таким образом, разгон привода осуществляется путём подачи на АД напряжений последовательности частот: fc / fm = 7; fc / fm = 4; fc / fm = 3; fc / fm = 1 (рис. 2).
Рисунок 2 – Диаграмма формирования квазисинусоидальных напряжений в процессе разгона АД