Басков С.Н.
Новотроицкий филиал Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета), Россия
Векторно-импульсное
управление пуском синхронных двигателей
На
сегодняшний день единственным способом, позволяющим осуществить плавный пуск
синхронного двигателя без значительных бросков тока, является частотный пуск.
Однако техническая реализация данного способа затруднена высокой стоимостью
преобразователей частоты, особенно высоковольтных. В то же время большая часть
синхронных двигателей является именно высоковольтными, поэтому решение проблемы
плавного пуска синхронных двигателей простыми техническими средствами
является актуальной задачей.
Как
известно прямой пуск синхронного двигателя с включенной обмоткой возбуждения
невозможен, вследствие того, что неподвижный ротор, обладающий механической
инерционностью, не может успеть за магнитным полем статора, вращающимся с
синхронной скоростью. В связи с этим большой интерес для пуска синхронных двигателей представляет
векторно-импульсное управление [1]. Суть этого способа состоит в том, что
статор синхронного двигателя подключают к сети в те моменты времени, когда
вектор потокосцепления статора 
занимает по отношению
к вектору потокосцепления ротора 
такое положение, в
котором создается положительный вращающий момент. Когда вектор , вращающийся с синхронной скоростью, обгоняет вектор и происходит
уменьшение вращающего момента, статор от сети отключают. Следующее подключение
статора к сети должно произойти в тот момент, когда вектор , сделав полный оборот вокруг вектора , снова занимает положение, в котором создается положительный
вращающий момент. Таким образом, подключение статора к сети происходит
импульсно, с частотой уменьшающейся по мере разгона ротора. Данный способ
позволяет осуществить плавный разгон двигателя до синхронной скорости с
ограничением пускового тока.
Техническая
реализация векторно-импульсного способа пуска имеет две сложности:
·
реализация электронного ключа, позволяющего подключать
и отключать статор при номинальных значениях тока;
·
реализация алгоритмов управления, позволяющих
определять положение векторов потокосцеплений ротора и статора (желательно без
датчиков положения), и осуществлять управление электронным ключом в требуемые
моменты времени.
Один из наиболее простых вариантов силовой схемы разработан в Новотроицком филиале МИСиС. Схема (рис. 1) содержит трехфазный диодный мост и один силовой IGBT транзистор (или другой силовой полупроводниковый прибор) коммутирующий обмотки статора на стороне постоянного тока, после диодного моста VD1 – VD6.
Элементы
R2, C1, VD7 являются снабберной цепью, для защиты транзистора от бросков
напряжение при коммутации. Сопротивление R1 – датчик тока для схемы защиты
транзистора по максимальному току, сопротивление R1 может отсутствовать в схеме при применении приборов со
встроенной защитой по току. Достоинство приведенной схемы – применение
единственного полностью управляемого силового полупроводникового прибора.
Недостатком схемы является то, что силовой транзистор должен быть рассчитан на
максимальное напряжение, значительно превышающее напряжение сети. Так при
питании синхронного двигателя от сети 380 В, необходимо применение IGBT-транзисторов на 900 ¸ 1200 В.
Таким образом для питания высоковольтных синхронных двигателей придется
применять каскадное включение силовых ключей, однако применительно к данной
схеме эта проблема все же решаема, так как требуется только один ключ.
Так как задача управления характеризуется достаточно сложными вычислениями, то целесообразнее всего схему управления построить на основе специализированного микропроцессорного контроллера. Для определения начальных электромагнитных условий система управления должна быть оснащена датчиками фазного напряжения статора, тока статора и датчика синхронизации с сетью. Был разработан экспериментальный образец преобразователя, в силовой части используется IGBT транзистор BUP340 с драйвером IR2121 (International Rectifier). В качестве микроконтроллера используется микросхема MC68HC908JL3 (Motorolla).
Применение предложенной силовой схемы в совокупности с системой управления на микроконтроллере позволяет строить недорогие, малогабаритные преобразователи для пуска синхронных двигателей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Басков С.Н., Усатый Д.Ю., Радионов А.А. Пуск асинхронного двигателя в электроприводах с повышенным пусковым моментом. Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2004. № 2. - С. 47-49 .