ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА СО СТРУКТУРНЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ

Однокопылов Георгий Иванович

канд. техн. наук, докторант ТПУ, г. Томск

E-mail: OGIz@yandex.ru

Брагин Александр Дмитриевич

студент ТПУ, г. Томск

E-mail: 

STUDY OF FAULT-TOLERANT ELECTRIC DRIVE WITH STRUCTURAL REDUNDANCY

GeorgyOdnokopilov

candidate of Engineering Sciences, TPU, Tomsk

AleksanderBragin

student of TPU, Tomsk

АННОТАЦИЯ

Исследован трехфазный асинхронный двигатель в двухфазномаварийном режиме работы. Приведены временные диаграммы.

ABSTRACT

Three-phase asynchronous electric drive is studied in two-phase operation mode. Timing charts is presented.

Ключевые слова: живучесть асинхронного электропривода, отказ элементов преобразователя частоты, резервирование элементов электропривода.

Keywords: fault-tolerant induction motor drive, faults of the inverter, backup of the electric drive.

Обеспечение отказоустойчивого управления со свойством живучести асинхронного двигателя (АД) возможно за счет микроконтроллерного управления электроприводом с реализацией алгоритма восстановления работоспособности на основе резервных элементов, позволяющего полностью восстановить работоспособность электропривода для АД с независимым формированием фазных токов преобразователя частоты при внезапных отказах преобразователя частоты типа «невключение ключа» или «невыключение ключа» преобразователя частоты.

В настоящей работе рассмотрены динамические режимы работы отказоустойчивого асинхронного электропривода с применением различных систем управления и их сравнение при переходе из рабочего трехфазного в аварийный двухфазный режим работы выполненные с помощью моделирования. Моделирование производилось с помощью имитационной модели частотно-регулируемого асинхронного электропривода в среде Matlab Simulink, позволяющей исследовать аварийные и неполнофазные режимы трехфазного асинхронного электропривода [2].

В качестве системы управления рассмотрены системы векторного [1] и частотно-токового [3] управления.

На рис. 1 представлены переходные процессы, протекающие в электроприводе с векторным управлением в случае обрыва фазы и 25 мс интервалом времени переключения структуры электропривода с подключением резервного элемента (полумоста преобразователя частоты).

Использование структурного резерва позволяет полностью восстановить работоспособность электропривода при возникновении аварийной ситуации типа «невключение» и «невыключение» силового ключа преобразователя частоты. Анализируя графики переходных процессов, видно, что после переключения структуры электропривода наблюдается бросок тока, превышающий установившейся ток в 3,73 раза. Провал частоты вращения составляет 11,5 % от установившегося значения.

На рис. 2 приведены процессы, протекающие в частотно-токовом электроприводе при обрыве фазы статора и задействованном структурном резерве.

Также как и в случае частотно-токового управления применение структурного резерва позволяет полностью восстановить работоспособность электропривода.

Рисунок 1. Переходные процессы в электроприводе с векторным управлением при обрыве фазы статора и подключением структурного резерва

Рисунок 2. Переходные процесс в электроприводе с частотно-токовом управлением при обрыве фазы статора и подключением структурного резерва

Провал по частоте вращения при этом составляет 3,3 % от установившегося значения, а бросок тока превышает установившиеся значение в 2,03 раза.

На рис. 3 приведена зависимость провала частоты вращения от момента нагрузки в переходных режимах при обрыве фазы статора и использовании различных систем управления. Провал частоты вращения и величина момента нагрузки представлены в относительных единицах, при этом момент нагрузки меняется от 0 до 1.

Рисунок 3. Влияние момента нагрузки на провал частоты вращения: 1 — векторное управление; 2 — частотно-токовое управление

В случае применения частотно-токового управления провал частоты вращения практически линейно возрастает с ростом момента нагрузки. При векторном управлении электроприводом зависимость носит нелинейный характер. На участке момента нагрузки от 0,5 до 0,8 величины провала по частоте вращения совпадают.

Выводы:

1.  Применение структурного резерва при частотно-токовом управлении позволяет снизить броски тока в 1,3 раза по сравнение с векторным управлением, а также обеспечить минимальный провал по частоте вращения, составляющий 3,3 % от установившегося значения.

2.  Максимальное значение провала частоты вращения при изменении нагрузки от нулевой до номинальной при векторном управлении в 4 раза превышает аналогичный показатель при частотно-токовом управлении.

Список литературы:

1.Мальцева О.П., Удут Л.С., Кояин Н.В. Системы управления асинхронных частотно-регулируемых электроприводов: учебное пособие. — Томск: Изд-во ТПУ, 2011. — 476 с.

2.Однокопылов Г.И., Брагин А.Д. Исследование в среде Matlab Simulink трехфазного асинхронного электропривода в аварийном двухфазном режиме работы // «Технические науки — от теории к практике»: материалы XVI международной заочной научно-практической конференции. — Новосибирск, 2012. — с. 125—130.

3.Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: Учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 2005. — 304 с.: ил.