Управление синхронным двигателем

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Рисунок 4.7 – Изменение скорости вращения ротора 

       Проверка  двигателя по нагреву осуществляется методом средних потерь, т.е. вычисляются средние потери двигателя и сравнивается с номинальными потерями длительного режима [22]:

       

                                 (4.26.)

где суммарные потери на i-м интервале нагрузки;

коэффициент учитывающий ухудшение       вентиляции;

b₀=0,5 – коэффициент ухудшения вентиляции при неподвижном роторе.

t_i - время i-го интервала.

     Суммарные потери в СД, Вт:

               

                        (4.27.)

      Постоянные  потери в номинальном режиме:

               (4.28.)

      Номинальные потери:

          (4.29.)

      Переменные  потери в номинальном режиме, с  учётом намагничивающих потерь, Вт:

                       

                  (4.30.)

При частотном  регулировании скорости СД,Вт:

                           (4.31.)

     где U_i,U_ном – напряжение на i-м интервале нагрузки и номинальное;

        fi, f – соответствующие частоты;

       номинальные потери в стали машины.

Считаем, что:

Переменными потерями можно пренебречь, т.к в СД нет потерь на

скольжение, а  в данном случае при сопротивлении обмотки статора равным 0,02 Ом, произведение будет в пределах десятков ватт.

     Отсюда:

     

           Таким образом, двигатель  перегружен всего на 1,006% и перегрева  обмотки выше допустимого предела  для данного типа изоляции (тип В) не происходит. 

     

     

       4.8 Моделирование переходных процессов в электроприводе 

       Моделирование поведения системы в целом, будем  производить с помощью специализированного  пакета прикладных программ MATLAB v6.1. Структурная схема модели системы управления представлена на рис.4.8.

       Модель  синхронного двигателя ( SM) - математически выполнена на базе дифференциальных уравнений, описывающих поведение синхронной машины, имеющей демпферную клетку и с учетом явнополюсности ротора.

       Уравнения взяты из [6] и представлены ниже.

       Контурные уравнения:

       

       

                                 

                 (4.32.)

       

       

       Потокосцепление:

       

                                                   

                           

         (4.33.)

       

                                                   

       Электромагнитный  момент:

                        

              (4.34.)

       

         
 

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Преобразователь координат dq -> ABC ( INV 1 ) математически реализован на уравнениях, взятых из [22] и представленных ниже: 

Ха= X_d cos q- Xqsin q;

x_b =X_d sin q+X_q cos q;

                                                            x_A-x_a;                                                   (4.35.)

x_B= - 0,5x_a + 0.866х_b;

x_c=-0,5x_a - 0.866x_b; 

       Синус - косинусный преобразователь преобразует угловое перемещение ротора двигателя в SIN и COS сигналы. Структура преобразователя представлена ниже на рис.4.9.

         

       Рисунок 4.9 – Синус – косинусный преобразователь. Структурная схема 

       Модель компрессора (Compressor) - логическая, выполнена на основе временных диаграмм работы каждой ступени компрессора. Учитывает индикаторную диаграмму компрессора, т.е. учитывает процессы сжатия газа, в модель заложены уравнения состояния идеального газа Бойля - Мариотга, а также Менделеева - Клайперона. Имитирует изменение момента сопротивления на валу компрессора в зависимости от угла поворота последнего.

       Модель ресивера (Resiver) выполнена на основе закона сохранения энергии с

учетом инерционности процессов и имеет структуру, представленную на рисунке 4.10. 

       

       

         

       Рисунок 4.10 – Ресивер. Структурная схема 

       Регуляторы  (RP), (RS), (RRCS), (RRCF) соответственно регуляторы - давления, скорости, релейные регуляторы токов статора и тока возбуждения (параметры регуляторов подобраны экспериментально).

       Коэффициенты  обратных связей (КОР), (KOS), (KOCS), (COCF) соответственно коэффициенты обратных связей по давлению, скорости, токам статора и току возбуждения.

       Приступая к моделированию переходных процессов  в ЭП сначала необходимо убедиться в правильности составленной модели синхронного двигателя (СД). Для этого сделаем небольшую проверку: проведем обычный асинхронный пуск СД, затем подадим на обмотку возбуждения номинальный ток возбуждения, а далее нагрузим двигатель номинальным моментом. При этом скорость вращения ротора и токи в статоре должны совпасть с паспортными данными, приведенными п.4.2. (Таблица 4.2). Отсюда делаем вывод, что данная модель пригодна для ее использования. 
 
 
 
 

5. Конструкторская часть 

       Конструкция силовых шкафов и пультов управления должно удовлетворять требованиям ГОСТ 14254-80.

       Для обеспечения удовлетворительного  теплоотвода с помощью соответствующего охлаждения, конструкция должна отвечать следующим

требованиям: 

1. обеспечивать  хорошее обтекание холодным воздухом всех элементов,

особенно  теплонагруженных;

2. теплочувствительные элементы должны располагаться ближе к стенкам;
3. теплочувствительные элементы должны быть защищены от обтекания

нагретым  воздухом;

4. теплочувствительные блоки, аппаратура и приборы должны отстоять от

основания и стенок оболочки, и друг от друга не менее чем на 20 мм для свободного обтекания воздухом;

5. теплонагруженные элементы должны иметь хорошие тепловые контакты с

несущими  узлами системы

     Все элементы системы управления собраны  в металлическом сварном шкафу. Шкаф разделен по высоте на четыре яруса, имеющих перекрытия из листов стали толщиной 5 мм.

       На  самом нижнем ярусе (первом) находится  вся защитная и коммутационная аппаратура: два контактора и предохранители. Все эти устройства собраны на металлической раме, состоящей из отрезков швеллеров и крепятся к ней посредством болтовых соединений. 
 
 

       

       

     Для быстрой замены предохранителей  и прямому доступу к контакторам  в нижней части силового шкафа  на его лицевой стороне предусмотрена  дверца, имеющая самозащелкивающийся  замок.

       На  втором по высоте ярусе (если смотреть снизу - вверх) расположен неуправляемый выпрямитель обмотки статора ( 6 диодов), обмотки возбуждения (2 диода), резисторный модуль ограничения тока заряда конденсатора, а также ленточный магнитопровод импульсного блока питания обмотки возбуждения. Каждый из силовых диодов отдельно смонтирован на алюминиевом охладителе. Все элементы второго яруса смонтированы на панели из текстолита толщиной около 10 мм. Панель расположена вертикально и крепится к раме с помощью металлических уголков. Для охлаждения элементов второго яруса предусмотрена принудительная втяжная вентиляция. В качестве устройства охлаждения применен осевой вентилятор типа JA-1751B22H, который врезан в отверстие, расположенное на боковой стенке шкафа, таким образом, что поток воздуха направлен горизонтально к поверхности земли и при своем движении последовательно обдувает все элемены, а затем, нагретый, выходит в вентиляционные отверстия на противоположной стенке шкафа. Вентилятор питается от сети переменного тока 220 В 50 Гц.

       На  третьем ярусе расположены силовые  полупроводниковые ключи, интеллектуальный модуль, резистор сброса энергии, датчики тока, а также накопительные конденсаторы. Все эти элементы смонтированы аналогично элементам второго яруса. Для охлаждения элементов третьего яруса также применена втяжная вентиляция, с установленным в боковой стенке шкафа осевым вентилятором.

       Четвертый ярус включает в себя платы системы  управления и блока диагностики и зашиты, панели управления и индикации, а также источников вторичного электропитания. Печатные платы расположены горизонтально.

       Источники питания расположены в верхнем  правом углу шкафа и смонтированы на металлической рейке. Для быстрого доступа к источникам питания, в

       

правом  верхнем углу силового шкафа находится небольшая дверца, имеющая защелку. Панель управления и индикации врезана в отверстие квадратного сечения, расположенное в верхнем левом углу лицевой стороны шкафа. На панели расположены: ЖК индикатор, светодиодный цифровой индикатор кода ошибки, клавиатура, кнопка ручного включения привода, ручного отключения привода, кнопка ручного сброса защит, а также несколько сигнализирующих светодиодов.