ИССЛЕДОВАНИЕ В СРЕДЕ MATLAB SIMULINK ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА В АВАРИЙНОМ ДВУХФАЗНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ

Однокопылов Георгий Иванович

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

E-mail: OGIz@yandex.ru

Брагин Александр Дмитриевич

студент, ТПУ, г. Томск

E-mail: lflenylol@gmail.com

RESEARCH IN THE MATLAB SIMULINK THREE-PHASE INDUCTION MOTOR DRIVE UNDER OPEN PHASE FAULTS

Georgy Odnokopilov

Candidate of Engineering Sciences, TPU, Tomsk

Aleksander Bragin

Student of TPU, Tomsk

АННОТАЦИЯ

Исследован трехфазный асинхронный двигатель в двухфазном аварийном режиме работы. Представлена имитационная модель, приведены временные диаграммы.

ABSTRACT

Investigated three-phase induction motor under open phase faults. Presented simulation model, show the timing chart.

Ключевые слова: живучесть; асинхронный электропривод; способы обеспечения живучести; отказ электропривода.

Keywords: fault-tolerant; induction motor drive; methods of providing fault-tolerant; faults of electric drive.

Для электроприводов в составе опасных производственных объектов: ядерные, военные, химические, строительные, металлурги­ческие, транспортные, в том числе трубопроводный транспорт — целесообразно применение отказоустойчивого управления с обеспе­чением свойства «живучести». Аварийный выход из строя таких электроприводов может привести к нарушению безопасной эксплуатации оборудования с риском для персонала с большими экономическими потерями.

На рис. 1 изображена функциональная схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода с обеспечением свойства живучести при аварийном отключении одной из фаз двигателя или преобразователя частоты.

Рисунок 1. Функциональная схема асинхронного электропривода со свойством живучести

Для организации аварийного двухфазного режима работы трехфазного АД в случае обрыва одной из фаз необходимо обеспечить равенство амплитудных значений токов в двух оставшихся фазах и обеспечить угол временного сдвига токов обмоток трехфазной электрической машины . Эти два условия определяют сохранение кругового вращающегося магнитного поля. Равенство амплитудных значений токов может быть обеспечено наличием в структуре электропривода контура тока, а временной сдвиг токов обмоток трехфазной электрической машины  выполнить в программе микроконтроллера.

Модель [3] выполнена с использованием среды программи­рования Delphi и дает возможность исследовать аварийный двухфазный режим с различными алгоритмами восстановления работоспособности, но не позволяет адаптировать этот программный продукт к среде Matlab Simulink.

При исследовании несимметричных машин, при исследовании машин с учетом пространственных гармоник или при несинусоидальных напряжениях приводить машину к двухфазной неправомерно, так как поля в зазоре двухфазной и многофазной машинах в этих условиях отличаются друг от друга. В связи с этим для моделирования аварийного двухфазного режима работы АД была взята модель обобщенной трехфазной машины в неподвижной трехфазной системе координат [1].

Алгоритм восстановления работоспособности [2] при отказе в одной из фаз обеспечивается микроконтроллером, который формирует задания на фазные токи ,, для опережающей фазы вектора тока:

              (1)

для отстающей фазы вектора тока:

             (2)

В выражениях (1, 2) обозначено:  — значение амплитуды формируемых фазных токов;  — значение текущего кода датчика положения ротора;  — число двоичных разрядов выходного кода датчика положения ротора;  — частота вращения (рад/c); a, b, c — значение битов слова состояния электропривода по отказам (вырабатываются датчиками состояния преобразовательных ячеек); d — значение бита, вычисляемого по логическому выражению  ( — логическая операция ИЛИ), если d=1 — есть отказ в одной из фаз; ,,,— инверсные значения a, b, c, d. В случае ,  система управления работает в трехфазном режиме и логическое умножение на соответствующий бит отказа a, b, c значения  (в приведенных выше выражениях) обеспечивает формирование фазового сдвига тока  в двухфазном режиме. Если один из битов отказа не нулевой — в оставшихся фазах реализуется алгоритм восстановления, а в отказавшую фазу управление не поступает (обеспечивается логическим умножением на соответствующий инверсный бит отказа ,,, который принимает нулевое значение).

Для моделирования был выбран двигатель MTF 311-6. Модель электропривода (рис. 2) включает в себя блок задания амплитуды и фазового сдвига векторов тока (ЗА), блок ПИ-регулятора тока (ПИ), асинхронный двигатель (АД), блок управления (БУ), формирующий сигнал обрыва фазы, а также измерительный блок, с помощью которого снимаются токи статора и ротора, электромагнитный момент и частота вращения вала АД.

Рисунок 2. Структурная схема асинхронного электропривода в Matlab Simulin

Рисунок 3. Временные диаграммы перехода АД из трехфазного режима в двухфазный при обрыве фазы А

Из приведенных на рис. 3 временных диаграмм переходных процессов, происходящий в АД при переходе в двухфазный режим работы видно, что при использовании алгоритма восстановления при номинальной нагрузке двигатель продолжит работу, но с меньшей скоростью вращения, составляющей 30 % от номинальной. Время переходного процесса составляет 0,14 секунды.

Список литературы:

1.Однокопылов Г.И., Однокопылов И.Г. Обеспечение живучести электродвигателей переменного тока: Монография. — Томск: Изд-во ТПУ, 2005. — 187 c.

2.Патент РФ на изобретение № 2326480, МПК Н02H 7/09, Н02H 7/12, Способ управления и обеспечения живучести трёхфазного асинхронного двигателя / Г.И. Однокопылов, И.Г. Однокопылов, — № 2007112527; заявлено 04.04.2007 г.; опубл. 10.06.2008 г. Бюл. № 16.

3.Свидетельство РФ о регистрации программы для ЭВМ № 2005612119 «Программа расчета переходных процессов асинхронного двигателя с электромагнитным тормозным устройством».