Асинхронные машины широко применяются в различных отраслях народного хозяйство, как на пример, асинхронные электродвигатели большой мощности часто используют в турбомеханизмах [5]. Асинхронные маломощные машины используются в различных станках, механизмах, как металлорежущие станки, прядильные машины и т.д. [6, 7]. Отличительная особенность асинхронных машин является сложные пусковые режимы, где пусковые токи превышают от номинала до семи раз, а максимальный пусковой момент до трех раз. Пусковые токи могут привести нагреву и износу изоляции обмоток, что в свою очередь приводит к уменьшению срока службы всего электрооборудования в целом. Устранение этих проблем можно, добиться с применением систем безударного пуска, как устройства плавного пуска (УПП) или частотных преобразователей [3, 4].

Другие особенности асинхронных машин взаимосвязаны с качеством электроэнергии питающий его обмотки. Например, прямой пуск асинхронного двигателя допустимо, если его пуск не приводит провалу напряжения не более 10%, а зависимость электромагнитного момента асинхронной машины от напряжения питающей сети пропорционально в квадратном соотношении [8, 9]. Для более детального исследования пусковых режимов асинхронного электродвигателя при различных значениях напряжения сети, необходимо выполнить компьютерное моделирование с использованием программы MATLAB / Simulink [1, 2, 10-13].

Для компьютерного моделирования асинхронной машины было использовано программа MATLAB R2013a версии 8.1. Процесс моделирования асинхронной машины в программе MATLAB подробно описаны в литературе [10-13]. Адаптированная модель для исследования пусковых режимов работы асинхронной машины при пониженной напряжения сети и пониженной частоты напряжения приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Компьютерная модель асинхронной машины

Приведенная модель (рис. 1) разработано не посредственно в программе MATLAB/Simulink, с элементами библиотеки компонентов Simulink Power System. Эта библиотека целиком состоит из элементов энергетических, электротехнических и электронных систем, с помощью которых можно создать различные модели исследуемого объекта соответствующего системы. Каждый элемент библиотеки имеет свой название и пиктограмму, а также после выбора, какого  либо элемента, при нажатии два раза на него, откроется блок настройки параметров выбранного элемента. Результаты моделирования приведены на рисунках 2–6 в виде графиков переходных процессов и механических характеристик асинхронного электродвигателя.

Рисунок 2. Графики переходных процессов токов ротора и статора асинхронной машины при значении напряжения сети ровной: Un и 0,8Un.

Рисунок 3. Семейства механических характеристик асинхронной машины при значении напряжения сети ровной: Un; 0,9Un; 0,8Un; 0,7Un.

Рис. 4. Графики переходных процессов токов статора АД при разных частотах сети

Рис. 5. Графики переходных процессов электромагнитного момента АД при разных частотах сети

Рис. 6. Графики переходных процессов скорости вращения АД при разных частотах сети

Не трудно заметить, что (см. на рисунки 2-6), при пуске асинхронного двигателя с пониженным напряжением сети, получили выводы:

  • время пускового переходного процесса увеличивается;
  • разгон скорости вращения асинхронного двигателя затягивается;
  • амплитуда момента машины уменьшается, а интенсивность колебаний моментов увеличиваются;
  • токи ротора и статора асинхронной машины, как и момент двигателя, его амплитуда уменьшается, а интенсивность колебаний увеличиваются;
  • при пуске с пониженным напряжением на 30% от номинального значения, асинхронная машина не запустится (см. на рис. 3).

Как показывают результаты моделирования, при изменении частоты питаемой сети, у асинхронных двигателей возникают большие проблемы, причем во всех параметрах машины, как и моменте, скорости и токе статора. Такие понижение частоты сети естественно в общих случаях невозможны, но при нагруженных энергосистемах или в сельских местностях, такое положение весьма возможны. Поэтому для устранения такого типа проблемы надо действовать комплексно, т.е. надо и в энергетике и в электротехнике проводит мероприятия и модернизацию. Графики приведенные в рисунках 5 и 6 хорошо показывают, что при понижении частоты сети 20% скорость и момент асинхронной машины переходят на колебательных характер и управление такой машины станет трудной задачей.

 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
 

1. Герман-Галкин  С.Г.  Matlab  &  Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК/ С. Г. Герман-Галкин  – СПб.: КОРОНА  –  Век, 2008. -368 с.

2. Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические машины: Лабораторные работы на ПК. – СПб.: КОРОНА принт, – 2003. - 256 с.

3. Дадабаев Ш.Т. Исследование пусковых переходных процессов высоковольтного синхронного электропривода с учетом нагрева и жаркого климата. В сборнике: Энергетические системы Сборник трудов II Международной научно-технической конференции. Ответственный редактор П.А. Трубаев. 2017. С. 179-184.

4. Дадабаев Ш.Т. Исследование эффективности пуска высоковольтных синхронных электродвигателей при помощи инвертора тока. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 10. С. 618-621.

5. Дадабаев Ш.Т. Математическая модель оросительной насосной станции первого подъёма. Вестник Оренбургского государственного университета. 2015. № 3 (178). С. 239-242.

6. Дадабаев Ш.Т. Разработка математической модели системы регулирования насосных агрегатов оросительной станции первого подъема. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 9-1. С. 532-536.

7. Дадабаев Ш.Т., Разоков А.Р.  Постановка задач по оптимизации работы текстильного электрооборудования при жарком климате. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2012. № 11. С. 58.

8. Ковач К. П. Переходные процессы в машинах переменного тока/ / К. П. Ковач, И. Рац; пер. с нем. – М. Л.: Госэнергоиздат, 1963. -  735 с.

9. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах/ А. Д. Поздеев – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1998.  - 172 с.

10. Терёхин В.Б. Моделирование систем электропривода в Simulink (Matlab 7.0.1): учебное пособие / В.Б. Терёхин. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 320 с.

11. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB SimPowerSystem и Simulink.–М.: ДМК Пресс, 2007. - 288 с.

12. Perelmuter,.V.M. Electrotechnikal systems. Simulation with Simulink and SimPowerSystems, CRC Press, 2013.

13. Tolibjonovich, D.S., Islomovna, T.M., Saidulloevna, M.D. (2020). Modeling of starting transition processes of asynchronous motors with reduced voltage of the supply network. European Journal of Electrical Engineering, Vol. 22, No. 1, pp. 23-28. https://doi.org/10.18280/ejee.220103


Текст статьи, опубликованный в сборнике (скачать).