Введение к работе
Актуальность работы. Для решения задачи повышения производительности машин, улучшения качества при снижении энергозатрат на единицу выпускаемой продукции применяется регулируемый электропривод. Одним из наиболее перспективных электроприводов, эксплуатирующихся во взрывоопасных средах и помещениях, является частотно-регулируемый электропривод с асинхронным электродвигателем с ко-роткозамкнутым ротором (ЧРЭП), включающий преобразователь частоты (ПЧ) и асинхронный электродвигатель (АД).
При эксплуатации ЧРЭП ответственных механизмов, кратковременная остановка которых приводит к потерям выпускаемой продукции или 'неуправляемым аварийным процессам, возникает задача повышения надежности электропривода, которая решается путем резервирования ПЧ, питающего АД. При отказе основного ПЧ или основной сети АД ответственного механизма переводится на питание от резервного ПЧ, подключенного к резервной сети. В ряде работ известны методы и схемы подключения АД к ПЧ, имеющему фиксированную выходную частоту, равную промышленной (агрегаты бесперебойного питания). Ряд агрегатов бесперебойного питания с автоматическим переключением АД на резервный ПЧ выпускается серийно.
Однако в настоящее время отсутствуют устройства и аппараты, которые обеспечивали бы автоматическое переключение отключенного выбегающего АД на резервный ПЧ при любой частоте с максимально возможным быстродействием, без больших ударных токов и моментов, приводящих к перегрузке элементов привода и к завышению установленной мощности коммутационных аппаратов и ПЧ. При этом недостаточно- исследованы переходные процессы подключения АД к ПЧ при различных частотах вращения ротора выбегающего АД и ступенчатом характере изменения напряжения на выходе ПЧ, различном взаимном положении векторов напряжения ПЧ и ЭДС на зажимах статора выбегающего АД.
Поэтому разработка рациональных устройств автоматического переключения асинхронной нагрузки на резервный преобразователь частоты в электрических сетях напряжением до 1000 В является актуальной .научной задачей.
Актуальность настоящей работы подтверждается тем, что она івьіполнена в соответствии с отраслевой программой по повышению надежности и безаварийности технологических комплексов (постановление Госагрохима № 01-439 от 11.02.92 г.).
Целью работы является установление закономерностей переходных процессов при подключении выбегающего АД к резервному ПЧ при постоянстве или формировании магнитного потока АД для разработки структуры и выбора параметров автоматического переключателя нагрузки (АПН), обеспечивающего повышение надежности работы ответственного технологического оборудования.
Идея работы заключается в том, что снижение ударных переходных токов и (моментов при подключении выбегающего АД к резервному ПЧ может быть достигнуто путем формирования магнитного потока АД и синхронизации вращающихся векторов напряжения на выходе ПЧ и ЭДС на зажимах выбегающего АД по дюдулю, частоте и фазе с помощью автоматического переключателя нагрузки.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
-
Математическая модель динамических процессов подключения АД ж преобразователю частоты, отличающаяся учетом насыщения стали по главному пути намагничивания, ступенчатого изменения выходного напряжения ПЧ и параметров участка сети между ПЧ и АД.
-
Способ автоматического переключения нагрузки, новизна которого заключается в том, что при подключении АД к резервному ПЧ выполняется равенство частоты и модуля напряжения на выходе ПЧ частоте и модулю ЭДС выбегающего АД при нахождении их в противофазе, с последующим формированием магнитного потока АД путем его увеличения по закону экспоненты до равенства текущего значения магнитного потока АД номинальному значению.
-
Зависимости ударного тока и момента подключения выбегающего АД к резерівному ПЧ от взаимного положения вращающихся векторов напряжения на выходе ПЧ и ЭДС на зажимах статора АД, характеризуемого отклонением угла между векторами от 180, и от разности частот вращения векторов и метода формирования магнитного потока АД.
-
Методы расчета новых устройств контроля взаимного положения вращающихся векторов напряжения на выходе ПЧ 'и ЭДС на зажимах обмотки статора выбегающего АД, датчика аварийного состояния ПЧ, устройств слежения за частотой и ЭДС /выбегающего АД, отличающиеся тем, что позволяют выбрать структуру и параметры устройств исходя из заданной точности контроля и быстродействия.
Обоснованность и достоверность научных положений, вы' водов и рекомендаций подтверждаются корректным1 использованием теории электрических машин и электропривода, теории автоматического управления, теории математического моделирования электромеханических систем, апробированных методов измерения электрических параметров; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных- исследований (расхождение результатов не превышает 10—15% при доверительной вероятности'0,9'),. положительным опытом эксплуатации разработанных автоматических переключателей нагрузки, в производственных условиях.
Значение работы. Научное значение работы заключается в разработке математической модели процесса повторного подключения АД к П.Ч, установлении зависимостей ударного тока и момента при подключении АД к ПЧ от параметров, характеризующих условия подключения и формирование магнитного потока, которые развивают теорию переходных процессов в системе ПЧ — АД с учетом параметров- сети между ПЧ и АД и ступенчатого формирования напряжения-на-выходе ПЧ.
Практическое значение работы заключается в разработке структуры и принципиальных схем автоматического переключателя нагрузки в сети с переменной частотой, алгоритма управления процессом, подключения АД к ПЧ'с формированием магнитного потока электродвигателя, структуры устройств-контроля взаимного положения двух вращающихся векторов напряжений, схемотехнических решений элементов автоматического переключателя: датчика аварийного состояния ПЧ, датчика контроля частоты и. ЭДС выбегающего АД, блока управления АПН, что позволило создать аппаратуру автоматического переключения нагрузки АПН-2, АПН-3.
Реализация выводов и рекомендаций работы. На основе. технических решений и рекомендаций, изложенных в диссертации, разработаны автоматические переключатели-нагрузки АПН-2 и АПН-3, два. опытных образца которых испытаны и. внедрены в частотно-регулируемом электроприводе грануля"-тора производства. «Карбамид-2» в Новомосковской акционерной компании «Азот».
Фактический годовой экономический эффект от внедрения автоматических переключателей АПН-2 и АПН-3 составил 4,544 млн. руб. в ценах июня 1992 г.
Апробация работы. Основные положения работы- докладывались на IV Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы преобразовательной.техники» (Киев, 1987), V Всесоюзной научно-технической конференции «Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов» (Каунас, 1988), III Всесоюзной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов» "-"(Москва-,
1989), научно-практическом семинаре «Проблема повышения надежности, уровня безаварийности эксплуатации электротехнических и электромеханических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий» (Москва, 1993).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 7 авторских свидетельств.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, изложенных на '138 страницах машинописного текста, содержит 75 рисунков, 11 таблиц, список использованной литературы из 89 наименований и 5 приложений.
