В настоящее время одним из наиболее широко применяемых методов теоретического исследования электромагнитных процессов, происходящих в инверторных электроприводах переменного тока (ИЭП), является метод приведения к эквивалентной двухфазной машине.
В [1] был проведен анализ погрешностей этого метода применительно к установившимся нормальным (неаварийным) режимам работы ИЭП и доказано, что в указанных режимах при подавляющем большинстве значений числа фаз ИЭП использование классического варианта метода приведения к эквивалентной двухфазной машине (МЭДМ) обуславливает потерю определённой доли информации о фазных напряжениях и токах, электромагнитном моменте электродвигателя и токе на выходе преобразователя частоты. Это связано с тем, что применение базовых операций МЭДМ приводит к взаимной компенсации гармонических составляющих фазных напряжений (а, следовательно, и токов), порядки которых удовлетворяют равенству
, (1)
где c - порядок гармоники напряжения (тока); ms - число фаз ИЭП; b0 = 0, ± (1,2,3, ...).
МЭДМ (в различных своих модификациях) применяется при проведении значительного числа исследований ИЭП с ms≥5, несмотря на его недостаточную точность при этих числах фаз. Некоторые исследователи высказывают предположение о том, что при анализе аварийных режимов многофазных (т.е. с ms≥5) ИЭП использование МЭДМ не вносит погрешностей в результаты моделирования.
В связи с этим представляется актуальным решение вопроса о возможности и целесообразности применения МЭДМ при изучении аварийных режимов ИЭП с числами фаз ms≥5.
Наиболее рациональными будет решение сформулированной задачи аналитическим путем, позволяющим получить наиболее полное представление о фильтрующих свойствах базовых операций МЭДМ.
Для анализа фильтрующих свойств линейного преобразования МЭДМ при моделировании аварийных режимов работы многофазных ИЭП необходимо и достаточно изучить спектральный состав фазных напряжений и (или) токов электродвигателя до и после проведения базовых операций МЭДМ. С целью получения наиболее полного решения этого вопроса целесообразно воспользоваться аналитическими методами исследования.
При моделировании установившихся электромагнитных процессов, имеющих место при аварийных режимах работы -фазного ИЭП (например, в случае обрыва одной или нескольких фазных обмоток статора электродвигателя), система фазных напряжений машины может быть описана следующим образом:
(2)
где - соответственно амплитуда и фаза c-й гармоники; - угловая частота основной гармоники ; ; ; - число фазных обмоток статора ms-фазного электродвигателя, находящихся в аварийном состоянии.
Необходимо отметить, что формула (2) соответствует наиболее "тяжелому" аварийному режиму работы ms-фазного ИЭП, когда все дефектные фазные обмотки электродвигателя расположены в непосредственной близости друг от друга по расточке статора, т.е когда номера j дефектных фазных обмоток принадлежат множеству , где - некоторое число; ; .
В рассматриваемом случае выражение, описывающее базовую операцию (линейное преобразование) МЭДМ, будет иметь вид
(3)
Формула (3) с учетом (2) принимает следующий вид:
, (4)
где
(5)
.
Коэффициент характеризует фильтрующие свойства линейного преобразования МЭДМ при моделировании установившихся электромагнитных процессов, имеющих место в аварийных режимах работы ms-фазного ИЭП.
Анализ выражения (5) показывает, что при исследовании названных выше процессов с помощью МЭДМ в процессе линейного преобразования происходит взаимная компенсация гармоник фазных напряжений (а, следовательно, и токов) многофазного электродвигателя, порядки которых не удовлетворяют равенству (1), т.е. эти гармонические составляющие исключаются из дальнейшего рассмотрения (происходит потеря информации).
При моделировании аварийных режимов работы ИЭП с помощью МЭДМ методические погрешности будут отсутствовать только в следующих трех случаях:
- ms= 3; фазные обмотки статора электродвигателя соединены по схеме "звезда без нулевого провода"; c - целые числа;
- ms= 4; фазные обмотки статора электродвигателя соединены по схеме "звезда без нулевого провода"; c - целые нечетные числа;
- ms= 6; симметричная система фазных обмоток статора электродвигателя расщеплена на две 3-фазные симметричные подсистемы, в каждой из которых фазные обмотки соединены по схеме "звезда без нулевого провода"; c - целые нечетные числа.
Описанные фильтрующие свойства линейного преобразования МЭДМ при моделировании аварийных режимов работы ИЭП имеют место независимо от типа преобразователя частоты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бражников А.В. Многофазный инверторный электропривод с различным исполнением ротора асинхронного двигателя: Дисс... канд. техн. наук / Томск. политехн. ин-т. Защищена 26.06.1985 г. № ГР 01830052658. - Красноярск, 1985 г. - 210 с.