Диссертация (Применение двухмассовой тепловой модели для организации защиты в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе), страница 11

Они могут бытьопределены экспериментально различными методами, а в данной работе былаиспользована функция автоматического определения параметров, встроенная впреобразователь частоты ACS880 фирмы ABB.Затем по уравнениям двухмассовой тепловоймодели асинхронногодвигателя рассчитываются перегрев двигателя, в зависимости от которогокорректируются значения сопротивлений в уравнениях электромеханическоймашины и расчета потерь.Уравнения потерь подставляются в уравнения теплового баланса длядвухмассовойтепловоймоделиасинхронногодвигателяивычисляютсямгновенные значения температур масс статора и ротора [21]:d s 1  Ps  Asr  s  r   Asa s  ;d t Csd r1  Pr  Asr  s  r   ,d t Crгде Cs и Cr – теплоемкости статора и ротора;(5.8)Asr и Asa – теплопроводности между статором и ротором и между статором иокружающей средой, соответственно; s и r – перегревы статора и ротора.На рисунке 5.3 приведена схема, реализующая предлагаемую методикуопределения теплового состояния асинхронного электродвигателя.98r3 2 2iry(II)RsxsysТепловая2iмодельPr 3 (Irx2  Iry2 )Rr sx2isyБлокзащитыirxPsБлокопределенияпотерь1p sx  sx , syirx ,rysx,syI sx,sy syusxusyisxisyU sx , syI sx , sys0ИАДx, y ,  isa,  a , bisbАЦПСУПЧusxusy0БлокБлоквычисления вычислениятоков ротора потокосцеплениястатораБлок преобразованиякоординатРис.5.3 – Схема, реализующая методику определения теплового состояния асинхронного двигателя99Данная схема содержит систему управления преобразователем частотыСУ ПЧ, выходы которого соединены с инвертором И, через датчик токасоединенный с испытуемым двигателем.

Выходы датчика тока подключены каналогово-цифровому преобразователю АЦП, выходы которого соединены сблоком преобразования координат (к входу которого присоединяют выход ссистемыуправленияпреобразователячастоты).Квыходамблокапреобразования координат подключен блок вычисления потокосцеплениястатора, к входам которого также присоединяют выходы с системыуправления преобразователя частоты, а к выходам – присоединен блоквычисления токов ротора (к входам которого также присоединяются выходыс блока преобразования координат). К выходам блока вычисления токовподключен блок определения потерь, выходы которого подключены к входамтепловой модели. Выходы тепловой модели подключены к блоку защиты.Выход с блока защиты приходит на один из входов системы управленияпреобразователем частоты.5.2Программнаяреализацияалгоритмарасчетатепловогосостояния электродвигателя в составе электропривода со скалярнойсистемой управленияМетодика определения теплового состояния асинхронного двигателяможет быть заложена в преобразователь частоты и осуществляетсяследующим образом: Сигналы с датчика тока двигателя поступают на АЦП, а затем вблок преобразования координат, после чего преобразованныевеличины попадают в блок вычисления потокосцепления статора,в котором заложены формулы (5.3).

Вычисленные значенияпопадают в блок вычисления токов ротора, в котором заложеныформулы (5.5). С помощью полученных в предыдущих блокахзначениях в блоке определения потерь, в котором заложены100формулы (5.6) и (5.7), находятся оценки тепловых потерь в статореи роторе. Полученныеоценкииспользуютвтепловоймоделидляопределения значений перегрева статора и ротора, которыевпоследствии сравнивают с заданными величинами в блокезащиты. Если полученные значения превышают граничные, то всистему управления преобразователем частоты подаются сигналына отключение или на снижение величин.Блок-схема предложенного алгоритма представлена на рисунке 5.4.101НачалоИзвестные параметры схемы замещенияасинхронного электродвигателяRS , RL , RM , LS , LMРегистрация параметров асинхронногоэлектродвигателяn, I f ,U , M , J s1 , J s 2Расчет значений неизвестныхэлектрических и механических параметровасинхронного электродвигателяu, isx , isy , 0 ,  sx ,  sy , irx , iryОценка мгновенных тепловых потерь вмассах статора и ротораPs , PrОпределение значений параметровтепловой модели из базы данныхСs , Сr , Ars , AsaОпределение значений перегрева статора иротора s , rКонецРис.

5.4 – Блок–схема алгоритма расчета теплового состоянияасинхронного электродвигателя102В процессе работы электропривода электрические параметры, такие каксопротивления статорной и роторной цепей могут меняться из-за изменениятемпературы. Данные изменения могут быть учтены с помощью выражений:Rs  Rs 20 1  Cuts  ;Rr  Rr 20 1   Al tr .

использующих данные из тепловой модели.(5.9)5.3 Проверка адекватности методикиДля проверки адекватности методики оценки теплового состояния,описанной в пятой главе, был проведен эксперимент, в котором были заданыциклограммаитахограмма.Испытуемыйдвигательпитаетсяотпреобразователя частоты, фиксируется перегрев двигателя.

С помощьюпараметров тепловой модели был рассчитан график перегрева двигателя.Описание экспериментальной установкиНа преобразователе частоты «Универс» со свободно-конфигурируемойсистемой управления была собрана схема, выделяющая активную иреактивную составляющую тока статора. Преобразователь частоты ПЧпитаетисследуемыйасинхронныйдвигатель.Вкачественагрузкииспользуется двигатель АД с фазным ротором, включенный в режимдинамического торможения с регулированием момента сопротивленияизменением тока статорной обмотки с помощью тиристорного выпрямителяТВ.Схема испытательного стенда для проведения опыта представлена нарисунке 5.5.103380380ТВПЧiзадАДДМИсследуемыйАДРис. 5.5 – Схема испытательного стендаДля заданной тахограммы и нагрузочной диаграммы (рисунок 5.6)экспериментально получен график изменения температуры лобовой частистаторной обмотки, представленный на рисунке 5.7.104Рис.

5.6 – Тахограмма и нагрузочная диаграмма работы электроприводаДля представленной выше методики расчета теплового состоянияэлектродвигателя по измеренным токам и напряжениям получен графикперегрева.Аналогичнопроведенрасчетработыэлектроприводавразомкнутой системе скалярного управления при заданных управляющих ивозмущающих воздействиях с вычислением температуры лобовой частистаторной обмотки.

Представленные графики показывают адекватностьразработанной методики и применимость двухмассовой модели для оценкитепловогосостоянияасинхронногочастотно-регулируемогоэлектродвигателя.Экспериментальные и расчетные данные по нагреву электродвигателяпри отработке заданных параметров изменения скорости и моментапредставлены в таблице П8 Приложения Б.105Рис 5.7 – Тахограмма и нагрузочная диаграмма работы электропривода и экспериментальные и модельные значенияперегревов лобовой части обмотки статора по предложенной методике106Результаты и выводы:В данной главе была рассмотрена реализация системы оценки тепловогосостояния частотно-регулируемого асинхронного электропривода, которая была впоследствии реализована в системе управления преобразователей частоты серии«Универсал».

Система построена на относительно простых уравнениях ифункционирует в прерывании с частотой вызова 1 мс. Время выполнения одногошага расчета составляет около 2500 тактов, что для тактовой частотымикроконтроллера TMS320F2810 150 МГц составляет 17 мкс или 1,7 %процессорного времени.107ЗаключениеВ ходе работы над диссертацией были разработаны следующие методики:методикаэкспериментальногоопределенияпараметровтепловоймоделиасинхронного электродвигателя, построенная на измерении температуры железастатора или температуры лобовой части обмотки, и методика оценки тепловогосостояния асинхронного электродвигателя, применимая для тепловой защитыэлектродвигателя средствами системы управления преобразователя частоты,отличающаяся большей точностью по сравнению с известными существующимиметодиками.Былипроведены сериипредложеннойтепловойэкспериментов по определению параметровмодели,атакжедляпроверкиадекватностиразработанной методики оценки теплового состояния электродвигателя. Описаныпорядок проведения экспериментов и требования к оборудованию.В диссертационной работе получены следующие основные результаты:1.

Проведен анализ существующих тепловых моделей электродвигателей всоставе частотно-регулируемого электропривода и выбрана оптимизированнаядвухмассоваятепловаямодельасинхронногодвигателя,пригоднаядлячисленного моделирования тепловых процессов.2. Разработана методика экспериментального определения параметровдвухмассовой тепловой модели асинхронного электродвигателя в составерегулируемого электропривода с переменными коэффициентами теплопередачи иучетом потерь в подшипниках.3.

Экспериментально получены параметры двухмассовой тепловой моделии показано преимущество двухмассовой модели в точности воспроизведенияповедения объекта.4. Для электродвигателя с датчиком температуры, встроенным в лобовуючасть обмотки статора, определен диапазон скоростей электропривода, когдадвухмассовая модель адекватно описывает поведение объекта.1085. Показано, что для низких скоростей вращения желательно применениетрехмассовой модели с выделением отдельной массы лобовых частей обмотки дляисключения ее перегрева из-за малой постоянной времени. Экспериментальноподтверждено, что ротор, состоящий из алюминиевой беличьей клетки и сталиможно считать одномассовым элементом в составе двигателя.6. Разработана и экспериментально проверена методика оценки тепловогосостоянияэлектроприводасасинхроннымэлектродвигателемвсистемечастотного регулирования при отработке заданной тахограммы и нагрузочнойдиаграммы для организации алгоритма защиты электродвигателя, который можетбыть встроен в систему управления преобразователя частоты.

Разработаннаятепловая модель внедрена в системы управления преобразователей частоты«Универсал» и «АРДН-3» (см. Приложение В).109Библиографический список1. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода. – М.: Издательство МЭИ, 20072. Москаленко В.В. Электрический привод [Текст] : учеб.пособие для сред. проф.образования / В. В. Москаленко. - 2-е изд., стер. - Москва :ACADEMIA, 2004. 365, [1] с. :3. Федорова К.Г. Компьютерная поддержка выбора асинхронного электроприводаобщепромышленных механизмов: маг.дисс. – М., 2011.4.ОнищенкоГ.Б.Значениеавтоматизированногоэлектроприводадлямодернизации экономики. Иваново.