Исполнительные электроприводы, включающие в состав асинхронный двигатель (АД), для опасных про¬изводственных объектов по ГОСТ 27.002-89 [1] должны выполняться с учетом принципа отказоустойчиво-сти или «живучести» (fail-safe concept - FSC). Исследование аварийных состояний АД предполагает рас-смотрение работы двигателя в аварийных, неполнофазных режимах работы.
Испытательный стенд (Рис. 1) содержит двигатель переменного тока и машину постоянного тока, раз-мещенные на монтажной раме, муфту, датчики тока и блок электрических измерений и управления.
Машина постоянного тока через муфту соединена с двигателем переменного тока, один конец вала которо¬го соединен с датчиком скорости. К каждой фазе машины переменного тока подключен соответствующий дат¬чик тока, соединенный с соответствующим управляемым ключом с двухсторонней проводимостью, который подключен к соответствующему выводу источника питания переменного тока. Точка соединения обмоток стато¬ра машины переменного тока соединена с четвертым датчиком тока, который подключен к четвертому управ¬ляемому ключу с двухсторонней проводимостью, связанному с нейтралью источника питания переменного тока. К якорной обмотке машины постоянного тока подключен пятый датчик тока, который соединен с блоком нагрузки, подключенным к машине постоянного тока. Датчик напряжения подключен параллельно блоку нагрузки. Все датчики тока, датчик напряжения и датчик скорости, управляющие выводы всех ключей с двух¬сторонней проводимостью подключены к блоку электрических измерений и управления.
Рисунок 1. Структурная схема испытательного стенда: 1 – асинхронный двигатель; 2, 3, 4, 8, 12 – датчики тока;
5, 6, 7, 9 – управляемые ключи; 10 - датчик скорости; 11 – машина постоянного тока; 13 – датчик напряжения;
14 – блок нагрузки; 15 – блок электрических измерений и управления; 16 – соединительная муфта
Данный испытательный стенд позволяет проводить испытания как номинальных, так и аварийных и неполнофазных режимов работы электроприводов переменного тока.
Экспериментальные исследования были проведены при помощи автоматизированного испытательного стенда (Рис. 2). Эксперимент проводился для различных нагрузок двигателя и схем соединения средней точ-ки двигателя и нейтрали сети.
Рисунок 2 – Автоматизированный испытательный стенд для исследования аварийных и неполнофазных режимов работы асинхронного двигателя:
1 – резистивная нагрузка; 2 - компьютерная измерительная система MIC-300; 3 – источник
питания; 4 – блок формирования аварийных режимов работы;
5 - асинхронный двигатель АИР63А2; 6 – машина
постоянного тока серии 1ПИ 12.11
На Рис. 3 приведены переходные процессы по скорости и току для асинхронного двигателя, работающе¬го под нагрузкой 1,04 Нм, в случае обрыва фазы статора и отсутствия соединения средней точки обмотки статора и нейтрали сети. Если двигатель выполнен по схеме со связанными фазами [2] и моментом нагрузки, составляющим 79,2% от номинального, обрыв фазы ведет к увеличению тока статора в 3,65 раз и остановке двигателя. Данный режим является аварийным, и длительное нахождение двигателя в нем может привести к его выходу из строя.
Переходные процессы, представленные на Рис. 4, получены при том же моменте нагрузки, что и преды¬дущие, однако двигатель выполнен по схеме с развязанными фазами.
Опрокидывания двигателя не происходит, частота вращения опускается до 97% от значения в трехфаз¬ном режиме работы. Амплитуда тока при этом возрастает в 1,63 раза по сравнению с трехфазным режимом.
На Рис. 5 представлены переходные процессы, протекающие в двигателе при обрыве фазы в случае, если обмотка статора выполнена по схеме с развязанными фазами, и момент нагрузки составляет 112% от номинального.
Двигатель, выполненный по схеме с развязанными фазами, обладает большей перегрузочной способно-стью в аварийном двухфазном режиме работы, чем двигатель, выполненный по схеме со связанными фаза¬ми. Причем, вне зависимости от схемы соединения средней точки обмотки статора и нейтрали сети, проис¬ходит увеличение токов, протекающих по обмоткам, в 1,63 раза для случая развязанных фаз и в 3,65 раза для случая связанных фаз, что ограничивает применение неполнофазного аварийного режима по времени теплового воздействия на двигатель?
Рисунок 3 – Переходные процессы в асинхронном двигателе при обрыве фазы статора
Рисунок 4 – Переходные процессы в асинхронном двигателе при обрыве фазы статора
- 1. ГОСТ 27.002-89 [Электронный ресурс]. URL:http://.cl./Bssc/4/4737/nx.htm (дата обращения: 18.08.2013).
- 2. Микроэлектронные электросистемы. Применения в радиоэлектронике / Ю. И. Конев, Г. Н. Гулякович, К. П. Полянин и др.; под ред. Ю. И. Конева. М.: Радио и связь, 1987. 240 с.