Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Электротехника
Размещена 18.05.2016.

Разработка и моделирование асинхронного электропривода со скалярным управлением для шнекового питателя

Казаков Евгений Петрович

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Магистрант

Клочков Сергей Евгеньевич, Магистрант, Национальный исследовательский Томский политехнический университет


Аннотация:
Работа посвящена исследованию асинхронного электропривода шнекового питателя вертикального типа. Рассмотрен способ, повышения критического момента асинхронного электропривода за счет введения в сигнал управления инвертором третьей гармоники.


Abstract:
This paper is devoted to research of the asynchronous electric of the screw feeder vertical type. A method, increasing the critical moment of the asynchronous electric through the introduction the inverter control signal to third harmonic.


Ключевые слова:
асинхронный двигатель; преобразователь частоты; скалярное управление; переходные процессы.

Keywords:
induction motor; frequency converter; the scalar control; transition processes.


УДК 621.3.072

Введение

Для механизмов, работающих в небольшом диапазоне регулирования скорости и не требующих высокого качества переходных процессов, наиболее часто применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, получающие питание от преобразователей частоты со скалярной системой управления. К таким механизмам можно отнести: насосы, вентиляторы, конвейеры и другие, общепромышленные и вспомогательные механизмы технологических комплексов.

Скалярное управление основывается на изменении частоты и питающего двигатель напряжения по определенному закону , где n может быть как больше, так и меньше 1, если используется закон постоянства мощности. Вид зависимости определяется определенным характером нагрузки механизма. За независимое воздействие принимается частота, которая определяет скорость вращения двигателя, а значение напряжения при данной частоте определяет поток двигателя и в конечном итоге механическую характеристику, значения моментов двигателя [1].

Функциональная схема электропривода ПЧ – АД, реализующая законы управления класса , приведена на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема скалярной системы ПЧ – АД

 Основными элементами регулируемого асинхронного электропривода с частотным скалярным управлением являются:  М – асинхронный двигатель; ПЧ – преобразователь частоты; ПКП, ПКО – прямой и обратный координатные преобразователи; ПЧН – преобразователь «частота - напряжение»; ЗИ – задатчик интенсивности; ДТА, ДТС – датчики  тока двигателя; Элемент сравнения допустимого максимального  и фактического значения действующего фазного тока двигателя ; РОТ – регулятор ограничения тока.

Статические механические характеристики скалярного асинхронного электропривода с автономным инвертором напряжения

 В работе проведены исследования асинхронного электропривода шнекового питателя. Расчет механической характеристики проводился для асинхронного двигателя серии RA90S4. Параметры схемы замещения асинхронного двигателя определены  в соответствии с методикой, изложенной в [2].

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя:
Естественная механическая характеристика, рассчитана и построена по формуле  -  (1), в среде Mathcad, (рис. 2).

Рис. 2. Естественная механическая характеристика



Динамические характеристики скалярного асинхронного электропривода с автономным инвертором напряжения

Для исследования качества переходных процессов при пуске и регулировании скорости двигателя в системе «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» в программной среде MATLAB (Simulink) была составлена имитационная модель электропривода, схема силовых цепей которого приведена на рис. 3.

 

Рис. 3. Схема силовых цепей имитационной модели скалярного асинхронного электропривода с частотным регулированием скорости

Переходные процессы пуска скалярного асинхронного электропривода шнекового питателя от задатчика интенсивности с последующим плавным увеличением нагрузки по мере заполнения бункера представлены на рис. 4. 


Рис. 4. Графики переходных процессов

Анализ графиков статических механических характеристик рис. 2 и графиков переходных процессов рис. 4 показывает, что учет основных параметров электропривода выполнен, верно, а результаты имитационного моделирования электропривода в программной среде MATLAB (Simulink) совпадают в контрольных точках со статическими характеристиками, рассчитанными в MathCAD, с погрешностью определяемой шагом интегрирования.

Повышение критического момента асинхронного электропривода

В случае синусоидальной системе ШИМ амплитудные  и действующие  фазные значения первой гармоники выходного напряжения инвертора при частоте выходного напряжения 50 Гц:

На практике простейшим способом повышения критического момента асинхронного электропривода при его разработке является введение в сигнал управления инвертором  третьей гармоники. Напряжение каждой фазы при номинальной частоте, в этом случае, увеличивается с  В до  В, а третья гармоника напряжения момента не создает [3].

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя с учетом третьей гармоники




Механическая характеристика, рассчитана и построена, по формуле (4), в среде Mathcad, (рис. 5).


Рис. 5. Семейство механических характеристик при законе регулирования U/f2= const

Графики переходных процессов пуска асинхронного электропривода на частоту  Гц с коррекцией вольт – частотной характеристики приведен на рис. 6.

Рис. 6. Графики переходного процесса 

Анализ графиков переходных процессов рис. 6 показывает, что электропривод разгоняется до угловой скорости, определяемой частотой преобразователя  Гц, установившееся значение тока статора не превышает номинального значения. Установившиеся значения скорости и момента совпадают со значениями на статических характеристиках (рис. 6) с погрешностью, определяемой шагом интегрирования.

Результаты расчета статических и динамических режимов работы асинхронного электропривода со скалярным управлением, а также экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

  1. Учет активных и индуктивных сопротивлений преобразователя и питающей сети имеет определяющее значение при расчете с малой погрешностью как статических, так и переходных режимов скалярных асинхронных частотно-регулируемых электроприводов.
  2. Коррекция вольт – частотной характеристики преобразователя частоты с ШИМ модуляцией при учете активных и индуктивных сопротивлений преобразователя позволяет получить более достоверные результаты имитационного моделирования и ускорить процесс настройки реальных электроприводов.

Библиографический список:

1. Каверин С.В., Каверина И.А. Амплитудно-частотное управление асинхронным двигателем. Тольятти: Издательство Воронежского университета, 2012. С. 185 – 192.
2. Чернышев А.Ю., Чернышев И.А. Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя по каталожным данным. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. С. 269 – 272.
3. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УРО РАН, 2000. 654 с.




Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх