Металлоизделия в Луганске и области

Металлокострукции, входные двери, заборы, оградки,
решетки, лестницы, ковка, модули,
вальеры, декоративная мебель

Исследование возможности динамического торможения в частотно-регулируемых электроприводах турбомеханизмов

В современных технологических комплексах горной отрасли широкое применение получили турбомеханизмы различного назначения (насосы, вентиляторы, компрессоры). Эти механизмы комплектуются, как правило, частотно-регулируемыми электроприводами переменного тока на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и статических преобразователей частоты (СПЧ). В целях реализации режимов генераторного торможения в состав СПЧ включают дополнительные элементы: тормозной резистор, накопительный конденсатор и транзисторный ключ.

Включение в состав СПЧ этих элементов приводит к значительному увеличению удельных массогабаритных показателей преобразователей. Кроме того, возникает проблема отвода тепла, выделяющегося на тормозном резисторе.

В настоящей работе приводятся результаты исследования особенностей синтеза частотно-регулируемых электроприводов турбомеханизмов, в которых реализация режимов электрического торможения производится с использованием не традиционно применяемого способа генераторного торможения, а с помощью динамического торможения. Реализация этого способа не требует применения тормозных резисторов, в результате чего появляется возможность создания частотно-регулируемых электроприводов, свободных от недостатков, указанных выше.

Система управления статическим преобразователем состоит из трех блоков: блок БУ1, формирующий импульсы управления полупроводниковыми ключами У81-У86, которые обеспечивают синусоидальную широтно-импульсную модуляцию трехфазного выходного напряжения статического преобразователя частоты при работе электропривода в двигательном режиме; блок БУ2, формирующий импульсы управления полупроводниковыми ключами У82, У83, У85, которые обеспечивают широтноимпульсную модуляцию постоянного напряжения, прикладываемого к фазам обмотки статора при работе электропривода в режиме динамического торможения; коммутатор цепей прохождения импульсов управления К.

Система управления электроприводом включает в себя следующие элементы и блоки: блок задания скорости (ЗС); датчик скорости ДС; пропорционально-интегральный регулятор (ПИ); два сумматора С1 и С2; функциональный преобразователь (ФП); задатчик интенсивности торможения (ЗИТ); блок вычисления синхронной частоты вращения (БВ а>0).

При работе в двигательном режиме электропривод представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с обратной связью по частоте вращения. Требуемое значение частоты вращения двигателя устанавливается с помощью ЗС, сигнал с выхода которого поступает на положительный вход сумматора С1. На отрицательный вход сумматора С1 поступает сигнал, пропорциональный фактической частоте вращения двигателя. Разность сигналов, снимаемая с выхода сумматора С1, поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора, который задает необходимую форсировку изменения частоты напряжения и величины напряжения на выходе статического преобразователя частоты. Функциональный преобразователь ФП выполняет необходимую связь между частотой напряжения и действующим значением напряжения на выходе СПЧ.

При резком уменьшении сигнала задания частоты вращения изс сигнал задания частоты напряжения изч на выходе СПЧ также резко уменьшится, в результате чего двигатель должен будет перейти в режим генераторного торможения. Однако в рассматриваемом электроприводе используется режим не генераторного, а динамического торможения.

Сигнал, пропорциональный вычисленному значению синхронной частоты вращения со0 поступает на положительный вход сумматора С2. На отрицательный вход сумматора С2 поступает сигнал, пропорциональный фактическому значению частоты вращения двигателя. Разность между этими сигналами поступает на вход коммутатора цепей сигналов управления К. Как только эта разность становится отрицательной, коммутатор К срабатывает, отключая цепи управления полупроводниковых ключей У81-У86 от блока управления БУ1 и подключая цепи управления полупроводниковых ключей У82, У83, У85 к блоку управления БУ2. Блок управления БУ2 вырабатывает периодическую последовательность импульсов управления, коэффициент заполнения которых определяется величиной сигнала, поступающего от задатчика интенсивности торможения. Чем больше величина этого сигнала, тем больше величина коэффициента заполнения импульсов постоянного напряжения на выходе СПЧ, тем больше величина постоянного тока, протекающего по фазам обмотки статора, и, следовательно, тем интенсивней будет проходить режим динамического торможения.

Как только в результате торможения частота вращения двигателя станет меньше синхронной, разность сигналов на выходе сумматора снова станет положительной и коммутатор К подключит цепи управления полупроводниковых ключей VS1-VS6 к выходу блока БУ1. В результате этого двигатель перейдет из режима динамического торможения в двигательный режим работы с новой частотой вращения.

Таким образом, электропривод, выполненный по рассматриваемой функциональной схеме, в режимах регулирования частоты вращения в сторону увеличения работает аналогично электроприводам со скалярным управлением, выполненныь по типовой схеме. В режимах регулирования частоты вращения в сторону уменьшения, а также в режимах экстренного торможения используется режим динамического торможения, в котором с обмотки статора снимается трехфазное переменное напряжение и подается постоянное напряжение.

Схема компьютерной модели содержит субсистемы, собранные из библиотечных блоков, а также отдельные библиотечные блоки пакета прикладных программ MATLAB. Конкретнее в состав модели входят субсистемы:

а) AD-модель асинхронного двигателя;

б) ZS-модель задатчика скорости и задатчика интенсивности;

в) AISim-модель статического преобразователя частоты, работающего в режиме автономного инвертора с широтно-импульсной модуляцией напряжения;

г) AISim1-модель статического преобразователя частоты, работающего в режиме широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения;

д) BWS-модель блока вычисления разности частот (синхронной частоты вращения и частоты вращения ротора);

е) Transfer FSM-модель пропорционально-интегрального регулятора.

В качестве модели асинхронного двигателя использовалась классическая модель, построенная в соответствии с уравнениями Парка-Горева для двухфазной обобщенной электрической машины в неподвижной системе координат а .

В том случае, если разность между синхронной частотой вращения и частотой вращения ротора является величиной положительной (двигательный режим работы), то ключи в блоках Switch 1 и Switch 2 находятся в верхнем положении. При этом обмотки статора модели асинхронного двигателя подключены к выходным портам модели статического преобразователя, работающего в режиме автономного инвертора напряжения. Соответственно, как только разность между синхронной частотой вращения и частотой вращения ротора становится величиной отрицательной (переход в режим электрического торможения), ключи блоков Switch 1 и Switch 2 переходят в нижнее положение. В результате этого обмотки статора модели асинхронного двигателя подключаются к выходу модели статического преобразователя частоты, работающего в режиме широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения. Система управления электроприводом, включающая в себя сумматор, пропорциональноинтегральный регулятор, датчик частоты вращения, имитировалась с помощью библиотечных блоков Sum 1, Transver FSN 1, Cain 1. Механическая часть электропривода, входящая в состав компьютерной модели имитировалась посредством библиотечных блоков Sum 2, Transver FSN, Cain 2 и Product. Характер изменения задания изменения частоты вращения, фактической частоты вращения, электромагнитного момента и тока в обмотках статора асинхронного двигателя наблюдались и регистрировались на экране виртуального осциллографа, который имитировался посредством библиотечного блока Scope.

В ходе компьютерного моделирования электромеханических процессов, протекающих в электроприводе турбомеханизма, предполагалось, что в качестве исполнительного двигателя используется асинхронный двигатель типа 4А250М6, нагруженный на циркуляционный насос.

Анализ полученных диаграмм показывает следующее. В режиме пуска и регулирования частоты вращения двигателя в сторону ее увеличения исследуемый режим динамического торможения. При этом отпадает необходимость применения мощных тормозных резисторов, обладающих большими массогабаритными характеристиками. Динамическое торможение осуществляется за счет перевода статического преобразователя из режима работы автономного инвертора напряжения в режим широтно-импульсного преобразователя напряжения. В режиме динамического торможения в обмотках статора двигателя протекает постоянный ток, величина которого определяет интенсивность электрического торможения.

Форма заказа

Цветная металлургия

Горная проммышленность