Електропривод ТПН-АД з мінімізацією втрат при живленні від джерела з несиметричною напругою - Автореферат

Ці ЕП відрізняються низькою вартістю, простотою, непоганими масогабаритними показниками, високою надійністю, одночасно відзначаються широкими функціональними можливостями, особливо при використанні в замкнутих системах. Аналіз можливостей асинхронного електроприводу з тиристорним перетворювачем напруги й особливості його застосування показують, що він, маючи менші вартісні показники, може використовуватися й успішно конкурувати з ЕП із частотним регулюванням в усіх випадках, де не потрібна тривала робота на знижених швидкостях. Відомості ж про системи, в яких одночасно використовуються симетрування струмів статора і мінімізація втрат в АД при неповному навантаженні, практично відсутні. Водночас засоби управління електроприводом ТПН-АД дозволяють вирішувати задачі поліпшення енергетичних показників асинхронних електродвигунів при неповному навантаженні, проводити симетрування струмів, а також поєднувати ці функції. Робота виконувалася за держбюджетною темою №378-52 “Дослідження електроприводів змінного струму з покрашеними енергетичними та динамічними показниками”, номер державної реєстрації 0100U001398; а також за держбюджетною темою №372-52 “Дослідження високоефективних електромеханічних та електротехнологічних систем з напівпровідниковими перетворювачами” номер державної реєстрації 0100U001401, у рамках координаційного плану 69 Міністерства освіти і науки України.Звертається увага на характер негативного впливу несиметрії на енергетичні і механічні характеристики двигуна і необхідність симетрування струмів статора АД засобами ЕП. Можливість формування спеціальних режимів роботи ЕП ТПН-АД дозволяє виконувати розробку систем автоматичного симетрування струмів АД, мінімізації втрат в АД, а також багатофункціональних систем ЕП, які забезпечують зменшення енергоспоживання при нормальних умовах роботи, а при виникненні несиметрії живлення дозволяють поєднати ефект мінімізації втрат і симетрування. В моделі передбачається математичний опис джерела живлення (у тому числі з несиметричною напругою), асинхронного двигуна і тиристорного перетворювача. Напрямок струму у фазі або провідність одного тиристора з пари контролювати не обовязково, тому що знак струму в моделі визначається станом ланцюгів і напруги живлення на заданому інтервалі часу, а не властивостями односторонньої провідності вентилів, присутність яких у моделі імітується. SF = 3 - симетричний трифазний режим; SF = 2 - струм в одній з фаз відсутній, що відповідає двохфазному режиму; SF = 0 - повне відключення двигуна від джерела живлення і вибіг.Вдосконалена і використана в роботі математична модель електроприводу ТПН-АД досить точно відображає фізичні процеси, що протікають в ЕП, в тому числі при живленні від джерела з несиметричною напругою, і дозволяє проводити необхідні дослідження статичних і динамічних режимів роботи. Удосконалена методика дослідження стійкості розімкнутої системи ЕП ТПН-АД поєднує аналітичні і чисельні засоби аналізу, враховує нелінійності АД і може застосовуватися для всіх типів загальнопромислових асинхронних двигунів. Показано, що аналіз співвідношень окремих сталих часу перехідної функції електромагнітного моменту АД і електромеханічної сталої часу ЕП дозволяє прогнозувати можливість виникнення нестійких режимів роботи розімкнутої системи електроприводу ТПН-АД. Запропонована ефективна система автоматичного симетрування струмів, яка забезпечує значне “вирівнювання” діючих струмів статора АД при достатньо істотній несиметрії напруги джерела живлення, коли коефіцієнт несиметрії напруги Ku навіть дорівнює 15%.

Основний зміст роботи

Вдосконалена і використана в роботі математична модель електроприводу ТПН-АД досить точно відображає фізичні процеси, що протікають в ЕП, в тому числі при живленні від джерела з несиметричною напругою, і дозволяє проводити необхідні дослідження статичних і динамічних режимів роботи. Адекватність моделі електроприводу ТПН-АД підтверджено експериментально.

Удосконалена методика дослідження стійкості розімкнутої системи ЕП ТПН-АД поєднує аналітичні і чисельні засоби аналізу, враховує нелінійності АД і може застосовуватися для всіх типів загальнопромислових асинхронних двигунів.

Показано, що аналіз співвідношень окремих сталих часу перехідної функції електромагнітного моменту АД і електромеханічної сталої часу ЕП дозволяє прогнозувати можливість виникнення нестійких режимів роботи розімкнутої системи електроприводу ТПН-АД.

Доведено, що несиметрія напруги джерела живлення негативно впливає на роботу ЕП, що виявляється в погіршенні динамічних характеристик, збільшенні втрат і додатковому нагріванні АД. Запропонована ефективна система автоматичного симетрування струмів, яка забезпечує значне “вирівнювання” діючих струмів статора АД при достатньо істотній несиметрії напруги джерела живлення, коли коефіцієнт несиметрії напруги Ku навіть дорівнює 15%. За рахунок цього спостерігається зменшення коефіцієнтів несиметрії струмів більш ніж на порядок, усунення або значне зменшення коливань швидкості, розширення діапазону робочих моментів за умовою нагрівання.

Створена система автоматичної мінімізації втрат з одночасними функціями симетрування. Система забезпечує зниження сумарних втрат потужності в АД при зменшенні навантаження, що дозволяє значно підвищити коефіцієнт потужності і ККД електроприводу. При такій несиметрії напруги джерела живлення, коли Ku < 7%, система забезпечує симетрування струмів АД за рахунок рівності кутів d у кожній з фаз.

Виявлено, що для ряду АД в замкнутій системі автоматичної мінімізації втрат, коли використовується перетворювач з синхронізацією за напругою мережі, існують коливання, властиві розімкнутим системам ЕП ТПН-АД. Ця обставина надає право рекомендувати до застосування системи з синхронізацією за струмом навантаження як найкращі.

Запропонована функціональна схема мікропроцесорного управління і розроблений алгоритм роботи значно розширює функціональні можливості системи мінімізації втрат при живленні від джерела з несиметричною напругою.

Андрющенко О.А., Бойко А.А. Исследование устойчивости разомкнутой системы электропривода ТПН-АД // Електромашинобудування та електрообладнання. Респ. міжвід. наук.-техн. зб. 2000. Вип. 54. С. 16 20.

Андрющенко О.А., Бойко А.А. Методика исследования устойчивости электропривода ТПН-АД // Вестник Харьковского политехнического университета. Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. Выпуск 113. Харьков: ХГПУ. 2000. С. 63 64.

Бойко А.А. Динамические свойства асинхронных электродвигателей // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. 2000. №2(7). С. 75 80.

Андрющенко О.А., Бойко А.А. Электропривод ТПН-АД с системой автоматической оптимизации энергетики // Електромашинобудування та електрообладнання. Респ. міжвід. наук.-техн. зб. 2001. Вип. 56. С. 22-25.

Андрющенко О.А., Бойко А.А. Электропривод ТПН-АД с системой оптимизации энергетики при питании двигателя от сети с несимметричным напряжением // Вестник Харьковского политехнического университета. Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. Выпуск 114. -Харьков, ХГПУ: 2001. С. 326-327.

Андрющенко О.А., Бойко А.А. Исследование режимов работы системы автоматического симметрирования токов статора асинхронного двигателя // Труды Одес. политех. ун-та. Одесса, 2001. Вып. 4(16). С. 70-73.

Бойко А.А., Андрющенко О.А. Разработка электропривода ТПН с системой автоматического симметрирования при питании двигателя от сети с несимметричным напряжением // Материалы конференции по управлению “Автоматика -2001”: в 2-х т. Одесса, 2001. Т. 1. С. 130-132.