Экспериментальная установка для исследования динамических характеристик процесса пуска асинхронного электропривода

Введение.   Асинхронные электроприводы различных механизмов являются самым распространенным типом электропривода благодаря невысокой цене и отсутствию щеточных контактов. Однако существенную роль в снижении срока службы как электродвигателя, так и рабочей машины играют явления, происходящие при пуске электропривода. К ним относятся повышенный пусковой ток обмотки статора и, как следствие, колебательность динамического момента электродвигателя, приводящая к ускоренному износу и даже поломкам элементов редукторов и рабочих машин. Эти явления наиболее выражены в электроприводах, работающих в повторно-кратковременных режимах с частыми пусками. При этом существуют электроприводы, выход из строя которых сопряжен со значительными экономическими затратами (например, погружные электронасосные агрегаты, электроприводы технологических линий и т.п.)

Для снижения амплитуды колебания динамического момента асинхронных электроприводов применяются устройства плавного пуска (софтстартеры). Настройка софтстартеров заключается в установке начального напряжения, подаваемого на обмотку статора, и интенсивности его увеличения до номинального значения. В связи с существенным различием динамических свойств как электродвигателей, так и рабочих машин, настройка софтстартеров должна производится для каждого конкретного электропривода, что является непростой задачей в условиях производства. Для выявления возможности внедрения в софтстартеры функции самонастройки на основе показателей плавности наряду с математическим моделированием на ПЭВМ необходимы экспериментальные исследования на физических моделях, в которых проверяется адекватность теоретических выводов.

Результаты и обсуждение. Как показало математическое моделирование электроприводов турбомеханизмов на ПЭВМ, для оценки эффективности настройки софтстартеров могут применяться различные показатели плавности, основанные на измерении тока, но для некоторых электроприводов необходимо также учитывать изменение динамического момента [1, 2, 4, 7]. В работах [3, 5, 6] описана экспериментальная установка, позволяющая исследовать при помощи ПЭВМ характеристики тока и угловой скорости при пуске асинхронного электропривода, однако в ней отсутствует возможность получать характеристику динамического момента.

В разработанной нами экспериментальной установке используется вращающаяся платформа (рис. 1), установленная на подшипниковой опоре; закрепленная неподвижно одним концом упругая металлическая пластина оказывает сопротивление повороту платформы и изгибается при увеличении ее смещения. На пластину наклеен тензорезистор BF350-3АА, соединенный со специализированным усилителем. Для измерения частоты вращения используется тахогенератор, а для измерения тока – шунт с трансформатором. Сопротивление шунта и коэффициент трансформации подобраны таким образом, чтобы при максимальном токе электродвигателя напряжение на вторичной обмотке трансформатора не превышало 10 В, а вносимая датчиком несимметрия напряжения фаз сети не превышала 1%.

Рисунок 1 – Структурная схема экспериментальной установки

Датчики подключены к коммутационной плате, соединенной с многофункциональной платой ввода-вывода PCI – 1711LS Advantech, установленной в слот ПЭВМ. Сигналы от датчиков встроенным в плату аналого - цифровым преобразователем преобразуются в цифровую форму. Для фиксации и обработки переходных характеристик используется программа Data Logger компании Advantech, при помощи которой произведен первичный анализ характеристик, а также их запись в текстовый файл. Усилитель сигнала тензорезистора, включенного в цепь делителя напряжений, имеет значительный коэффициент усиления, в связи с этим характеристика динамического момента содержит шумовую составляющую от электромагнитного поля электродвигателя. Для цифровой фильтрации сигнала используется встроенная в табличный процессор Excel функция линейной фильтрации по 40 точкам, что при шаге дискретизации АЦП 0,0005 с дало возможность полностью убрать шум.

На рис. 2 представлены экспериментальные характеристики прямого пуска трехфазного асинхронного электропривода турбомеханизма ВП-400/0,8 производства ЕЛПРОМ-Ловеч (Болгария), мощность 360 Вт, напряжение 380 В, номинальная частота вращения

2880 об/мин.

Рисунок 2 – Экспериментальные характеристики прямого пуска турбомеханизма

Заключение . Разработанная экспериментальная установка позволяет исследовать динамические характеристики асинхронных электроприводов, включая также характеристику динамического момента. Необходимым этапом исследования является цифровая фильтрация полученных данных. Полученные характеристики тока, угловой скорости и момента для прямого пуска электропривода турбомеханизма хорошо согласуются с современными представлениями о происходящих электромеханических процессах в электроприводе.

Игуменцев Олег Андреевич, магистрант по направлению подготовки 35.04.06 «Агроинженерия», профиль «Электрооборудование и электротехнологии», Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ, г. Зерноград, Российская федерация.

Кошелева Оксана Александровна, магистрант по направлению подготовки 35.04.06 «Агроинженерия», профиль «Электрооборудование и электротехнологии», Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ, г. Зерноград, Российская федерация.

Azov-Black Sea Engineering Institute, Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education Donskoy State Agrarian

University, Zernograd

Igumentsev Oleg Andreevich, master of the profession line 35.04.06 "Agroengineering", profile "Electrical equipment and electrical technology"», Azov-Black Sea Engineering Institute, Donskoy State Agrarian University, Zernograd, Russian Federation.

Kosheleva Oksana Aleksandrovna, master of the profession line 35.04.06 "Agroengineering", profile "Electrical equipment and electrical technology"», Azov-Black Sea Engineering Institute, Donskoy State Agrarian University, Zernograd, Russian Federation.