Управление электромагнитными моментами параллельно работающих асинхронных электродвигателей от одного удаленного инвертора

Вы сейчас просматриваете Управление электромагнитными моментами параллельно работающих асинхронных электродвигателей от одного удаленного инвертора

Управление электромагнитными моментами параллельно работающих асинхронных электродвигателей от одного удаленного инвертора

Содержание

Решению задачи управления параллельно соединенными асинхронными электродвигателями (АД), получающих питание от одного инвертора посвящено значительное число работ, например в ранее опубликованных статьях [1-5,9].

Как отмечено в работе [1], задача в такой постановке не нова и изучается уже более двадцати лет в связи с ее актуальностью применительно к электроприводам транспортных систем.

При этом рассматриваются различные варианты объединения электродвигателей:

  • По три привода описано в работе [5].
  • По два привода описано в работах [1,2,4,9].
  • От произвольного числа приводов как указано в работе [3].

Формирование модели расчетов системы с инвертором

Описываются различные расчетные схемы для построения математических моделей исследуемых структур, в том числе, с использованием усредняющих моделей (using the averaging model of the parallel- connected motors) [3].

Особенностью таких вариантов электроприводов является возможность исключения из рассмотрения параметров кабельных отрезков, соединяющих инвертор и двигатели из-за малости их длин.

Вместе с тем, в некоторых случаях, например, при управлении группой асинхронных электродвигателей, расположенных на значительном расстоянии от инвертора, учет параметров кабельной сети необходим.

Рассмотрим вариант, соответствующий рисунку 1:

Рисунок 1 – Расчетная схема параллельно работающих асинхронных электродвигателей при питании от одного инвертора
Рисунок 1 – Расчетная схема параллельно работающих асинхронных электродвигателей при питании от одного инвертора

Состояние этой структуры, с учетом параметров возможного кабеля, соединяющего инвертор и электродвигатели, может быть описано по работе [6]:

Уравнение 1

где

  • pi — числа пар полюсов.
  • Lsj — переходные индуктивности статоров.
  • Lk — индуктивность общего участка кабельной сети.
  • krj — коэффициенты электро­магнитной связи роторов.
  • Rri – активные сопротивления роторов электродвигателей.
  • Rsi – активные сопротивления статоров электродвигателей.
  • Rk — активное сопротивление общего участка кабельной сети.
  • ωi — геометрические частоты вращения роторов электродвигателей.
  • α — относительная частота тока статоров асинхронных электродвигателей.
  • ωn -синхронная угловая частота вращения поля статора асинхронного электродвигателя.
  • Uα, Uβ -составляющие напряжения питания по осям u, v (управляющие воздействия) на выходе преобразователя частоты.
  • Ψsα, Ψsβ, Ψsα, Ψrβ, имеющие индексы i или j, составляющие потокосцеплений статоров и роторов АД по осям неподвижной системы координат α, β (фазовые координаты).

Задача управления АД может рассматриваться как задача минимизации функционала, записанного в интегральной форме и выражающего цель управления дня каждого АД, согласно рисунка 1:

Уравнение 2

где

  • Mzi, Mi — необходимое и мгновенное значения электромагнитного момента i-гo АД.

Решение этой задачи для одного электродвигателя известно из работы [7], следовательно блок 5 представлен на рисунке 2:

Рисунок 2 – Алгоритм последовательной передачи управления электродвигателями
Рисунок 2 – Алгоритм последовательной передачи управления электродвигателями

где

  • EPS — относительная погрешность.
  • Ndvig — количество электродвигателей.
  • i — номер электродвигателя, на который ориентировано управление.
  • M(i), Mz(i) — текущее и задаваемое значения электромагнитного момента электродвигателя.

Результаты расчетов системы управления электродвигателей с инвертором

Результаты применения этого алгоритма в алгоритме последовательной передачи управления значениями электромагнитных моментов по рисунку 2 асинхронных электродвигателей 3BP280L4 (160кВт) представлена в данном разделе.

Динамические характеристики работы с различным количеством АД приведены на рисунке 3:

Рисунок 3 – Динамические механические характеристики при управлении различным количеством электродвигателей
Рисунок 3 – Динамические механические характеристики при управлении различным количеством электродвигателей

где

  • а — Управление 2-мя АД.
  • б – управление 4-мя АД.
  • EPS=0,005 — величина относительной погрешности.

На последующих графиках приведены различные условия работы асинхронных электродвигателей в рамках проведенных исследований.

Рисунок 4 – Характер изменения электромагнитных моментов ADI, AD2 при задании 5% погрешности регулирования электромагнитных моментов
Рисунок 4 – Характер изменения электромагнитных моментов ADI, AD2 при задании 5% погрешности регулирования электромагнитных моментов

где задаваемые значения были следующими:

  • АD1 — 4000 Нм.
  • AD2 — 3500 Нм.
Рисунок 5 – Характер изменения электромагнитных моментов ADI, AD2 при задании 0.5% погрешности регулирования электромагнитных моментов
Рисунок 5 – Характер изменения электромагнитных моментов ADI, AD2 при задании 0.5% погрешности регулирования электромагнитных моментов

где задаваемые значения были следующими:

  • AD1 — 4000 Нм.
  • AD2 — 3500 Нм.
Рисунок 6 – Форма изменения электромагнитных моментов АД для алгоритма поочередного управления величиной электромагнитных моментов при 5% погрешности и движении по границам поверхностей скольжения с двумя электродвигателями
Рисунок 6 – Форма изменения электромагнитных моментов АД для алгоритма поочередного управления величиной электромагнитных моментов при 5% погрешности и движении по границам поверхностей скольжения с двумя электродвигателями
Рисунок 7 – Изменения электромагнитных моментов АД для алгоритма поочередного управления величиной электромагнитных моментов при 5% погрешности и движении по поверхностям скольжения с двумя электродвигателями
Рисунок 7 – Изменения электромагнитных моментов АД для алгоритма поочередного управления величиной электромагнитных моментов при 5% погрешности и движении по поверхностям скольжения с двумя электродвигателями
Рисунок 8 – Форма изменения электромагнитных моментов АД для алгоритма поочередного управления величиной электромагнитных моментов при 5% погрешности и движении по границам поверхностей скольжения с четырьмя электродвигателями
Рисунок 8 – Форма изменения электромагнитных моментов АД для алгоритма поочередного управления величиной электромагнитных моментов при 5% погрешности и движении по границам поверхностей скольжения с четырьмя электродвигателями
Рисунок 9 – Форма изменения угловых скоростей вращения АД для алгоритма поочередного управления величиной электромагнитных моментов при 5% погрешности и движении по границам поверхностей скольжения с четырьмя электродвигателями
Рисунок 9 – Форма изменения угловых скоростей вращения АД для алгоритма поочередного управления величиной электромагнитных моментов при 5% погрешности и движении по границам поверхностей скольжения с четырьмя электродвигателями

Применение алгоритма последовательной передачи управления по рисунку 2 обеспечивает характерную последовательность движения по траекториям изменения электромагнитных моментов асинхронных электродвигателей представленной на рисунке 6.

На этом рисунке прослеживаются этапы перехода от границ поверхностей скольжения к задаваемым значениям электромагнитных моментов.

Из результатов эксперимента видно, что в промежутках времени, соответствующих задаваемым значениям электромагнитного момента одного двигателя, происходит переход другого двигателя к его задаваемому значению момента или к границе поверхности скольжения.

Полученные результаты моделирования позволяют сделать вывод о возможности построения эффективной системы управления группой асинхронных электродвигателей, получающих питание от одного удаленного инвертора.

Список литературы

  1. Francisco J. Perez-Pinall, Ciro Nunez, Ricardo Alvarez. A novel Speed Control Approach in Parallel- Connected Induction motor by using a single inverter and Electronic Virtual Line-Shafting // Power Electronics Specialists Conference, 2005. PESC *05. IEEE 36th 2005 Page(s): 1339- 1345
  2. Hirotoshi Kawai, Yusuke Kouno, Kouki Matsuse. Characteristics of Speed Sensorless Vector Control of Parallel Connected Dual Induction Motor Fed by A Single Inverter // Power Conversion Conference, 2002. PCC Osaka 2002. Proceedings of the Volume 2, 2-5 April 2002 Page(s):522 — 527 vol.2
  3. Jiangbo Wang, Yue Wang, Zhaoan Wang, Jun Yang, Yunqing Pei, Qiang Dong. Comparative Study of Vector Control Schemes For Parallel-Connected Induction Motors // Power Electronics Specialists Conference, 2005. PESC ’05. IEEE 36th 2005 Page(s):1264 – 1270
  4. Itaru Ando, Motoki Sate, Masaki Sazawa, Kiyoshi Ohishi. High Efficient Parallel-Connected Induction Motor Speed Control with Unbalanced Load Condition using One Inverter // Industrial Electronics Society, 2003. IECON ’03. The 29th Annual Conference of the IEEE Volume 1, 2-6 Nov. 2003 Page(s): 162 -167 vol.l
  5. Yusuke KONO, Taketo FUSHIMI and Kouki MATSUSE. Speed Sensorless Vector Control of Parallel Connected Induction Motors // Power Electronics and Motion Control Conference. 2000. Proceedings. IPEMC 2000. The Third International Volume 1, 15-18 Aug. 2000 Page(s):278 — 283 vol.l
  6. Ещин E.K. Электромеханические системы многодвигательных электроприводов. Моделирование и управление – Кемерово, Кузбасский государственный технический университет, 2003 год, страница 247 .
  7. Задача управления электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя — прямое управление моментом.
  8. Управление электромагнитными моментами параллельно работающих асинхронных электродвигателей от одного инвертора.
  9. Gunabalan and V. Subbiah. Speed -Sensorless Vector Control of Parallel Connected Induction Motor Drive Fed by a Single Inverter using Natural Observer / / International Journal o f Electrical and Computer Engineering 5:5 2010 Page(s):316 — 321.

Источник: Управление электромагнитными моментами параллельно работающих асинхронных электродвигателей от одного удаленного инвертора / Е.К. Ещин // Вестник КузГТУ, 2013 год, №1, страницы 125-128.

Статья в редактируемом формате

Скачать публикацию
Метки:

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов, большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.ru Сайт: https://gekoms.org