microbik.ru
1
УДК 681.51

К. В. Игнатьев

СПБГЭТУ «ЛЭТИ», Санкт-Петербург
Управление автономным асинхронным генератором при переменной скорости вращения.

Целью данной работы является разработка системы регулирования тока в цепи возбуждением автономного асинхронного генератора при переменной скорости вращения.
Введение
Трехфазный асинхронный электродвигатель, изобретённый в конце 19-го века русским учёным-электротехником М.О. Доливо-Добровольским, получил в настоящее время преимущественное распространение и в промышленности, и в сельском хозяйстве, а также в быту. Асинхронные электродвигатели – самые простые и надёжные в эксплуатации. Поэтому во всех случаях, когда это допустимо по условиям электропривода и нет необходимости в компенсации реактивной мощности, следует применять асинхронные электродвигатели переменного тока.

Асинхронная машина, подключённая к трёхфазной сети переменного тока, при частоте вращения ротора выше синхронной частоты переходит в генераторный режим. При этом асинхронная машина потребляет из сети реактивную мощность, необходимую для возникновения вращающегося магнитного поля. Для работы машины в качестве автономного асинхронного генератора можно подавать в обмотку статора необходимую реактивную мощность от батареи конденсаторов. В последнем случае ёмкость подключаемых конденсаторов выбирается исходя из номинальной скорости вращения ротора асинхронной машины. Для использования асинхронного генератора при переменной скорости вращения ротора необходимо использовать систему автоматического управления для управления током в цепи возбуждения и тем самым обеспечить работу генератора в широком диапазоне скоростей. Отсюда возникает необходимость в создании системы управления возбуждением асинхронного генератора.

Целями работы являлись разработка системы управления возбуждением асинхронного генератора, моделирование её работы в среде Matlab и разработка печатной платы, реализующей данную систему.

Система управления возбуждением асинхронного генератора при переменной скорости вращения.
Для регулирования тока в цепи возбуждения асинхронного генератора (АГ) была разработана система управления по скорости вращения ротора АГ, её структурная схема в пакете Matlab Simulink представлена на рис. 1.

matlabspeed.bmp

Рис. 1. Структурная схема системы управления возбуждением асинхронного генератора по скорости вращения ротора.

В данной системе управление осуществляется в зависимости от скорости вращения ротора, которая масштабируется с помощью блоков Gain1 и Constant1, и подаётся на блок Switch, который включает генератор ШИМ-сигнала и подаёт на него масштабируемую скорость, если частота вращения ротора достигла 1200 об/мин. Генератор ШИМ-сигнала состоит из блока Repeating Sequence и блока сравнения Relational Operator. Блок Repeating Sequence генерирует пилообразный сигнал высокой частоты, который в блоке Relational Operator сравнивается с масштабированным значением скорости. Полученный таким образом ШИМ-сигнал поступает на вход PWM подсистемы Capacitors, представленной на рис. 2.

подсистемаконд.bmp

Рис. 2. Структурная схема подсистемы Capacitors.
В данной подсистеме ёмкости конденсаторов C1, C2 и C3 равны 45 мкФ, а ёмкости конденсаторов С4, С5 и С6 равны 455 мкФ. ШИМ-сигнал подаётся на ключи переменного тока, которые подключают или отключают конденсаторы C4, C5 и С6. Структурная схема подсистемы AC Key представлена на рис 3.

подсистемаключ.jpg

Рис. 3. Структурная схема подсистемы AC Key.
Подсистемы AC Key1 и AC Key2 имеют аналогичную структуру.

Ключ переменного тока представляет собой два IGBT-транзистора, соединённых эмиттерами и затворами, а также имеющие обратные диоды.

Результаты моделирования поведения тока возбуждения при линейно возрастающей скорости вращения ротора представлены на рис. 4.



Рис. 4. Изменение тока возбуждения при линейно возрастающей скорости с регулированием тока по скорости вращения ротора.
Из графика видно, что ток возбуждения практически постоянен.
Заключение
Полученная система управления была реализована в виде платы управления на основе микроконтроллера Atmel ATMega 128A, фотография изготовленной платы представлена на рис. 5.

imgp0318.jpg

Рис. 5. Плата управления.

Литература


  1. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления. // В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. – Изд. 4-е, перераб. И доп. – СПб, Изд-во «Профессия», 2003. – 752 с. – (Серия: Специалист)

  2. Ковчин С.А. Теория электропривода: Учебник для вузов. // С. А. Ковчин, Ю. А. Сабинин. – СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 2000. – 496 с.: ил.

  3. Радин В. И. Электрические машины. Асинхронные машины. // В. И. Радин, Д. Э. Брусникин, А. Е. Зохорович. – М.: Высш. шк., 1988. – 328 с.: ил.

  4. Черных. И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. – М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. – 288 с.: ил.