Обеспечение живучести асинхронного электропривода

Асинхронных электропривод активно используется практически во всех промышленных установках. Область применения электропривода - механизмы вентиляторов, насосов, подъемно-транспортных средств, приводы главного движения и вспомогательных механизмов металлорежущих и деревообрабатывающих станков и других общепромышленных механизмов.

Вопросы отказоустойчивости электроприводов приобретают большое значение при их применении в составе опасных производственных объектов в таких отраслях, как: ядерная, военная, химическая, строительная, металлургия, транспорт. Очевидно, что повышение отказоустойчивости неразрывно связано с живучестью электроприводов, обеспечивающих функциональные свойства технологического оборудования в заданных пределах. Обеспечить свойство живучести возможно на основе технологии построения избыточных систем, используя комбинацию следующих видов резервирования: структурного, функционального, временного, информационного и нагрузочного.

Работа электродвигателя в аварийном двухфазном режиме работы не допустима. Для обеспечения работоспособности в случае наступления аварийной ситуации необходимо применить один из перечисленных на рисунке 1 способов исполнения отказоустойчивого электропривода.

Подключение двигателя напрямую к сети переводит систему в режим нерегулируемого электропривода, что негативно сказывается на эксплуатационных качествах.

При использовании нагрузочного резерва происходит не полное использование оборудования электропривода, что уменьшает энергетические показатели.

Под функциональным резервированием понимается построение асинхронного ЭП, в котором резервирование выполняется за счет формирования кругового вращающегося поля в аварийном двухфазном режиме трехфазного АД, что обеспечивает необходимый уровень живучести. Такой подход позволяет обеспечить живучесть без дополнительных аппаратных затрат, однако он ограничен в применении, т.к. обрыв одной из фаз двигателя ведет к уменьшению мощности.

Известны следующие работы [2] по применению функционального резервирования асинхронного электропривода, а также патенты [4].

Под структурным резервом понимается способ обеспечения свойства живучести асинхронного электропривода за счет микроконтроллерного управления с реализацией алгоритма восстановления работоспособности на основе резервных элементов, позволяющий полностью восстановить работоспособность при внезапных отказах преобразователя частоты типа «невключение ключа» или «невыключение ключа» преобразователя частоты.

Изучение отказоустойчивого асинхронного электропривода со структурным резервированием отражено в следующих работах [1, 3].

Использование алгоритмов восстановления позволяет сохранить круговое вращающееся поле в двигателе и обеспечить его работу, как при функциональном, так и при структурном резерве.

Рис. 1. Способы обеспечения отказоустойчивости электропривода.

При использовании функционального резерва возникают колебания частоты вращения в установившемся режиме, а амплитуда тока в двухфазном режиме превышает амплитуду тока в трехфазном.

Задействование структурного резерва позволяет полностью восстановить работоспособность электропривода, однако требует наличия резервных элементов в системе и увеличивает ее стоимость.