Математическое моделирование частотного пуска асинхронных двигателей

Автор: Коломоец В. В., Сивокобыленко В. Ф.
Источник:Криворізький національний університет

Введение

В настоящее время в связи с широким применением частотных преобразователей в промышленности, становиться актуальным вопрос исследования частотного пуска и переходных процессов (ПП) в асинхронных двигателях (АД) в различных режимах.

Частотно–регулируемый электропривод предназначен для плавного изменения скорости и момента вращения вала электродвигателя путем изменения частоты питающего напряжения. При этом в рабочих режимах представляется возможным изменять потребляемую мощность АД в зависимости от степени загрузки механизма, что дает возможность существенно снизить потребление электрической энергии. При частотном пуске АД снижаются пусковые токи и динамический электромагнитный момент. Это увеличивает ресурс привода, особенно когда имеют место частые пуски АД.

Цель работы

В связи с высокой стоимостью частотных преобразователей (ЧП) в данной работе рассмотрена возможность использования для режимов пуска АД только одного ЧП, выходное напряжение которого через выключатель подключено к обходной системе шин (ОСШ). Через индивидуальный контактор напряжение с ОСШ может быть подано на любой АД.

Материал и результаты исследования

Разработана математическая модель режимов частотного пуска АД и регулирования частоты вращения. В ней представлена модель ЧП, которая обеспечивает изменение амплитуды питающего напряжения и его частоты. АД представлен системой полных дифференциальных уравнений (ДУ) [1], описывающих поведение АД в переходных режимах (пуск при различных коэффициентах загрузки механизма, внезапный наброс нагрузки и др). В связи с тем, что в системе собственных нужд (СН) ЭС применяются АД с глубокопазными или двухклеточными стержнями обмотки ротора, схема замещения АД представлена с многоконтурным ротором.

Модель ЧП состоит из уравнений, первое из которых описывает скорость нарастания частоты напряжения на выходе преобразователя:

где

Тразгона – время достижения приводом номинальной скорости, которая определяет интенсивность запуска.

В случае синусоидального закона изменения выходного напряжения ЧП, его составляющие в системе координат, неподвижной относительно статора, представим:

где

Um – выходное напряжение ЧП при ш=1;
ф – угол, который находим как:

В качестве примера берется АД с такими параметры схемы замещения:

активное и индуктивное сопротивления статора: RS=0.009333 o.e., XS=0.0824 o.e.;
активное и индуктивное сопротивления ротора (первый контур): Rr1=0.0211 o.e., Xr1=0.2149 o.e.;
активное и индуктивное сопротивления ротора (второй контур): Rr2=0.257 o.e., Xr2=0.351 o.e.;
сопротивление ветви намагничивания: Xm=2.34 o.e..

На рис. 1 – 3 приведены результаты моделирования обычного и частотного пуска АД в оболочке MathCAD:

Рисунок 1 – Графики изменения тока фазы А во веремени:
a) обычный пуск, б) частотыный пуск

Рисунок 2 – Графики изменения скорости нарастания частоты напряжения на выходе преобразователя:
a) обычный пуск, б) частотыный пуск

Рисунок 3 – Графики изменения магнитного момента:
a) обычный пуск, б) частотыный пуск

Как видно из графиков, частотный пуск имеет преимущества, так как значительно снижаются пусковой ток и вращающий момент АД. Это существенно увеличивает ресурс привода.

Выводы

С помощью математической модели выполнен анализ режимов частотного пуска АД, применительно к системам СН блочных агрегатов 200 и 300 МВт, разработаны оптимальные программы для управляющих контроллеров каждого АД с учетом их параметров и характеристик. Разработаны рекомендации по внедрению систем ЧП для СН ЭС. Это позволит существенно повысить надежность и экономичность СН.

Литература

Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К. Переходные процессы в системах электроснабжения собственных нужд электростанций: Учеб. Пособие. – Донецк: ДонНТУ, 2002. – 136 с.
Федоров М.М. Динамические тепловые модели узлов электрических машин// Електромашинобудування та електрообладнання: Міжвід. наук.–техн. зб. – 1999. – Вип. 53. – C. 70 – 73.