Экспериментальное исследование зависимостей динамических характеристик асинхронного электропривода турбомеханизма от параметров настройки софтстартера

Введение . Невысокая стоимость, надежность конструкции и простота обслуживания позволили асинхронному электроприводу стать наиболее популярным типом электропривода в производстве. Однако явления, возникающие при пуске электропривода, приводят к значительному снижению срока службы как электродвигателя, так и рабочей машины. К ним относится повышенный пусковой ток обмотки статора, который в свою очередь приводит к повышенным колебаниям динамического момента, приводящим к ускоренному износу электропривода и аварийным ситуациям. Одним из направлений улучшения динамических характеристик асинхронных электроприводов является применение софтстартеров (устройств плавного пуска) [1-7]. Во время пуска электропривода софтстартеры постепенно повышают напряжение, 52

прикладываемое к обмотке статора, от установленной при настройке величины до номинального значения за заданное время, а иногда и по заданному закону. Закон изменения напряжения (линейный или близкий к экспоненциальному) не имеет существенного значения [2].

Материалы и методы исследования. В аналоговых устройствах плавного пуска нарастание напряжения на обмотке статора легко осуществить при помощи RC - цепи, содержащий конденсатор и делитель на резисторах. Нами был изготовлен макет софтстартера, схема которого представлена на рис. 1. Закон нарастания напряжения на обмотке статора реализуется при помощи резисторов R16 , R17 и конденсатора С4 .

и U L3 N

Рисунок 1 – Принципиальная схема софтстартера

На экспериментальной установке [7], состоящей из физической модели турбомеханизма с асинхронным электродвигателем и софтстартером, реализующим вертикальный способ управления тиристорами, были выявлены зависимости динамических характеристик процесса пуска асинхронного электропривода [1-6] от начального напряжения, задаваемого резистором R17, и емкости конденсатора С4 , определяющей время нарастания напряжения на обмотке статора. В качестве электропривода использован турбомеханизм (воздуходувка ВП-400/0,8), имеющий вентиляторную характеристику момента сопротивления рабочей машины.

Измерения производились при значениях емкости конденсатора С4 от 0,5 до 58 мкФ, а также при значениях сопротивления резистора R17 , соответствующих действующему значению начального напряжения на обмотке статора в пределах от 119 В до 220 В. Значение напряжения 119 В соответствует минимальной величине, при которой начинается движение ротора при закороченном конденсаторе, т.е. электродвигатель развивает момент, достаточный для преодоления начального сопротивления рабочей машины. Экспериментальные динамические характеристики процесса пуска (ток статора, динамический момент, угловая скорость ротора) были получены при помощи платы ввода сигналов на базе аналогово-цифрового преобразователя и специального программного обеспечения. Результаты полученных измерений были обработаны в программе Excel.

Результаты исследования. Полученные в результате экспериментальных исследований зависимости мгновенных значений максимальной кратности пускового тока K i , максимальной амплитуды колебания динамического момента Δμ , времени пуска электропривода t п от начального напряжения и емкости конденсатора С4 сведены в таблицы 1-3.

Таблица 1 – Зависимость максимальной кратности пускового тока Ki от начального напряжения и емкости

Емкость конденса-тора, мкФ	Начальное напряжение, В
	119	128	149	175	180	195	207
0,5	5,494	5,576	5,606	5,610	5,629	5,678	5,718
1	5,460	5,516	5,529	5,579	5,590	5,636	5,681
2	5,432	5,474	5,490	5,497	5,501	5,527	5,643
4	5,339	5,389	5,392	5,419	5,441	5,452	5,490
8	5,194	5,293	5,235	5,281	5,303	5,336	5,475
16	4,999	5,014	5,029	5,096	5,130	5,149	5,453
32	4,828	4,819	4,865	4,929	4,905	4,984	5,345
58	4,591	4,692	4,729	4,778	4,785	4,903	5,216

Таблица 2 – Зависимость максимальной амплитуды колебания динамического момента Δμ, В от начального напряжения и емкости

Емкость конденса-тора, мкФ	Начальное напряжение, В
	119	128	149	175	180	195	207
0,5	0,63	0,67	0,63	0,66	0,65	0,67	0,64
1	0,61	0,6	0,68	0,61	0,64	0,61	0,68
2	0,54	0,57	0,52	0,44	0,47	0,52	0,61
4	0,18	0,17	0,18	0,16	0,15	0,16	0,16
8	0,05	0,02	0,05	0,06	0,02	0,24	0,47
16	0,03	0,01	0,01	0,01	0,01	0,04	0,27
32	0,02	0,03	0,09	0,08	0,03	0,24	0,35
58	0,06	0,08	0,06	0,07	0,08	0,1	0,38

Таблица 3 – Зависимость времени пуска t п , мс от начального напряжения и емкости

Емкость конденсатора, мкФ	Начальное напряжение, В
	119	128	149	175	180	195	207
0,5	916	850	908	822	954	853	893
1	995	868	912	869	870	904	865
2	915	924	936	900	908	915	872
4	984	965	944	1005	967	964	970
8	964	1014	1017	1065	998	1056	957
16	1116	1063	1093	1117	1167	1056	1009
32	1283	1303	1326	1352	1309	1244	1089
58	1643	1744	1725	1882	2010	1492	1291

Для полученных значений рассчитаны регрессионные модели в программе STATISTICA, на основе которых были построены поверхности целевых функций, представленные на рисунках 2-4.

Рисунок 2 – Поверхность функции отклика, построенная по регрессионному уравнению K i = 8,826980-0,024496·U-0,038548·C+0,000088·U²+0,000381·C²

Рисунок 3 – Поверхность функции отклика, построенная по регрессионному уравнению Δμ = 0,003269∙U-0,028312∙С+0,000385∙С2

Рисунок 4 – Поверхность функции отклика, построенная по регрессионному уравнению t п = 1242,146-2,070·U+11,852·C

Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод, что наиболее «мягкий» пуск асинхронного электропривода воздуходувки ВП-400/0,8 достигается при емкости конденсатора 16-32 мкФ и начальном напряжении от 128 до 160 В. При этом величина максимальной амплитуды колебания динамического момента снижается в 68 раз, величина максимального значения пускового тока уменьшается на 13%, а время пуска увеличивается на 25%.

Заключение . Как показал анализ экспериментальных зависимостей динамических характеристики асинхронного электропривода турбомеханизма от параметров настройки софтстартера, управление пуском асинхронного электропривода при постепенном увеличении прикладываемого к обмоткам статора напряжения позволяет эффективно снижать механические перегрузки в электроприводе. Пусковой ток при этом уменьшается незначительно, время пуска увеличивается.

Уменьшение начального напряжения и увеличение времени его нарастания относительно рациональных значений приводят к увеличению механических перегрузок, длительности действия повышенного тока, а, следовательно, к снижению эффективности применения софтстартера.

Для различных электроприводов и условий их применения параметры настройки софтстартера для достижения наибольшей «плавности» процесса пуска отличаются. Использование для оценки «плавности» переходного процесса только токовой и разгонной характеристик нецелесообразно, так как они не имеют ярко выраженной связи с характеристикой динамического момента. Следовательно, наиболее точным методом настройки софтстартера является нахождение рациональных значений его настроечных параметров путем измерения амплитуды колебания динамического момента.

Koshelev Anatoly Andreevich, master of the profession line 35.04.06 "Agroengineering", profile "Electrical equipment and electrical technology"», Azov Black Sea Engineering Institute, Don State Agrarian University, Zernograd, Russia koy State Agrarian University, Zernograd, Russian Federation.