Разработка и моделирование асинхронного электропривода со скалярным управлением для шнекового питателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка и моделирование асинхронного электропривода со скалярным управлением для шнекового питателя

Казаков Евгений Петрович

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.

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

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.

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

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).

асинхронный электропривод скалярный инвертор

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).

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

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

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.

Заключение

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

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.

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.

Размещено на Allbest.ru