logo

Применение синхронного ВВ для коммутации группы двигателей

13.03.2019

Применение синхронного ВВ для коммутации группы двигателей

УДК 621.316.57.032.46

 

Применение синхронного вакуумного выключателя для коммутации группы двигателей

 

Ачитаев А.А., магистрант кафедры систем электроснабжения предприятий,

e-mail: ac-an-alec@mail.ru; Павлюченко Д.А., канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой систем электроснабжения предприятий, e-mail: d_pavluc@mail.ru; Прохоренко Е.В., канд. техн. наук, доцент кафедры систем электроснабжения предприятий, e-mail: evgprox@gmail.com; Шевцов Д.Е., аспирант кафедры систем электроснабжения предприятий, e-mail: dmitriy_shevtsov@mail.ru;

Новосибирский государственный технический университет,

630073, г. Новосибирск, пр-т К. Маркса, 20

Отражены различные алгоритмы синхронной коммутации группы двигателей и найден оптимальный алгоритм, позволяющий снизить уровень перенапряжений с 3,5·Uном до 1,2·Uном и исключить броски момента на валу двигателя. Исследовано применение схемы промежуточного питания через инвертор при одновременном включении в сеть группы двигателей. Показаны возможности снижения негативных последствий переключения питания от инвертора к сети путем реализации синхронной (управляемой) коммутации.

 

Ключевые слова: синхронная, коммутация, выключатель, вакуумный, асинхронный, двигатель, перенапряжения.

 

    Вакуумные выключатели в настоящее время являются приоритетно рекомендуемым коммутационным оборудованием для использования в сетях средних классов напряжения. В то же время уровень развития современной элементной базы силовой электроники и микропроцессорной техники позволяет разрабатывать новые более точные и быстродействующие системы управления коммутационной аппаратуры. В продолжение предыдущей работы авторов [1] и в развитие исследованных ранее положений синхронной вакуумной коммутации рассмотрим задачу пуска каскада двигателей.

        Одной из таких актуальных задач эффективной комбинации современных коммутационных аппаратов и микропроцессорных технологий является задача пуска каскада двигателей. На рис. 1 приведена схема пуска группы асинхронных двигателей. При одновременном их включении в сеть возникают перенапряжения, сопровождаемые большими бросками тока и момента. Для ограничения бросков тока применяется схема промежуточного питания через инвертор [2]. Однако, эта задача полностью не решается и при переключении питания от инвертора к сети возможны броски момента и тока, негативно сказывающиеся на электротехническом оборудовании.


Рис. 1. Схема каскадного электропитания двигателей:

QF1-QF5 – вакуумные выключатели; ПЧ – преобразователь частоты; QS1-QS3 – разъединители; L – реактор; M1-M3 – асинхронные двигатели

   Для снижения вышеупомянутых последствий существуют решения по организации переключения через специальный вакуумный выключатель, например, технологии TOSHIBA MITSUBISHI-ELECTRIC INDUSTRIAL SYSTEMS CORPORATION на базе инвертора TMdrive-MV [2]. Данная схема позволяет реализовать переключение группы двигателей, питающихся через инвертор, с последующим переключением на сеть без бросков тока и перенапряжений. Но в силу причин, связанных с узкой направленностью данного оборудования, такой вариант аппарата не позволяет его широко применить.

    В данной работе решение задачи предполагается с использованием управляемого (синхронного) вакуумного выключателя [3, 4].Для детального анализа влияния коммутаций при переключении синхронных вакуумных выключателей на электромеханические характеристики рассмотрим принципы векторного управления асинхронных двигателей.

 

Описание системы управления асинхронных двигателей

В основу положено уравнение электромагнитного момента асинхронного двигателя [5]:

,

                      (1)

где – число пар полюсов машины;

k1, k2– коэффициенты электромагнитной связи статора и ротора;

σ – коэффициент рассеяния;

– взаимоиндуктивность статора и ротора;

θ– пространственный угол между векторами потокосцеплений статора Ψ1 и ротораΨ2.

Если модули векторов и поддерживать постоянными, то величиной момента можно управлять, изменяя угол θ.

При питании асинхронного двигателя от автономного инвертора напряжения, собранного по трёхфазной мостовой схеме (рис.2), в зависимости от состояния ключей возможно формирование восьми базовых пространственных векторов . Причём, векторы являются нулевыми и соответствуют короткому замыканию обмоток статора чётными или нечётными ключами.

Из уравнения статора асинхронного двигателя в неподвижной системе координат можно определить связь между векторами напряжения и потокосцепления:

                                                   (2)    

где – пространственный вектор напряжения инвертора;

– ток статора;

–сопротивление статора.

                                          (3)    

Полагая и переходя к конечным разностям, получим:

.

                                                  (4)    

где – приращение потокосцепления статора;

– длительность межкоммутационного интервала.

Отсюда видно, что вектор приращения потокосцепления статора совпадает по направлению с вектором напряжения u1 и пропорционален длительности его формирования.

В асинхронном двигателе электромагнитная постоянная времени ротора T2 в 1,5-2,5 раза больше постоянной времени статораT1. Поэтому, если длительность межкоммутационного интервала Δt = T1<T2, то при качественном анализе можно считать, что потокосцепление ротораΨ2 после коммутации ключей инвертора остается практически постоянным, а изменяется толькоΨ1. Следовательно, выбор базового вектора, формируемого инвертором, определяет не только изменение модуля потокосцепления статора, но и угла между векторамиΨ1иΨ2, т. е. приращение электромагнитного момента Δm кΔθ [5].

 

Рис.2. Положение векторов системы управления моментом асинхронного двигателя:

Ψ10 – начальное значение вектора потокосцепления статора; Ψ2 – вектор потокосцепления ротора; – пространственные вектора напряжений;


Возврат к списку

Взаимовыгодное
сотрудничество

Команда профессионалов

Предлагаем расти и
развиваться вместе

Современные решения