Применение синхронного ВВ для коммутации группы двигателей

13.03.2019

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