Частотное регулирование асинхронного двигателя

Электродвигатели частотно-регулируемые

Электродвигатели асинхронные АДЧР применяются для работы с преобразователями частоты, используются в составе КОМПЛЕКТНЫХ ПИВОДОВ.

Электродвигатели серии АДЧР асинхронные двигатели частотного регулирования выпускаются с учетом всех особенностей питания от частотного преобразователя и отвечают требованиям заказчика по конструкции, комплектации и режимам работы.

К качеству изготовления всех элементов двигателя предъявляются повышенные требования.

В работе частотно-регулируемого привода существует ряд ограничений на использование электродвигателя, поэтому между электродвигателями АДЧР и общепромышленными двигателями есть существенные отличия.

Преимущества регулируемого электропривода:

  • увеличение ресурса оборудования
  • экономия электроэнергии до 50%
  • уменьшение нагрузок на механическую часть агрегата
  • снижение нагрузки на сеть
  • простая интеграция в системы автоматического управления
  • уменьшение пусковых токов
  • гибкость управления технологическим процессом

Специальная обмотка статора.

Электродвигатель АДЧР имеет обмотку, предназначенную для работы с источником питания, выдающим прямоугольные импульсы напряжения(ШИМ). Частотно-регулируемые двигатели имеют специальную систему изоляции обмотки, стойкую к высокой скорости нарастания напряжения.

Работа общепромышленного двигателя от преобразователя частоты сокращает срок службы двигателя т.к. общепромышленные моторы предназначены для питания от сети переменного тока синусоидальной формы фиксированной частоты.

Специальная технология изготовления обмотки двигателей АДЧР и специальный обмоточный провод предотвращают систему изоляции от преждевременного разрушения и от короткого замыкания, а также выхода из строя электродвигателя.

Повышенные требования по вибрации для двигателей АДЧР.

Часто электродвигатели АДЧР работают на скоростях выше, чем аналогичные общепромышленные электродвигатели, поэтому к роторам таких двигателей предъявляются более строгие требования по уровню вибрации.

Роторы электродвигателей серии АДЧР точно отбалансированы и имеют низкий уровень вибрации по сравнению с общепромышленными моторами, что положительно сказывается на сроке службы электродвигателя и связанного оборудования.

Надежный подшипниковый узел двигателей АДЧР.

Электродвигатели АДЧР комплектуются подшипниками производства SKF, которые гарантируют высокое качество и длительный срок эксплуатации, что снижает затраты на обслуживание двигателей.

Дополнительное оборудование и независимая вентиляция.

Двигатель АДЧР работает в диапазоне частот вращения с необходимым уровнем нагрузки, в то время как общепромышленные двигатели предназначен для работы на одной фиксированной скорости вращения.

Работа стандартных электродвигателей на скоростях ниже номинальной вызывает перегрев и выход их строя, а работа на повышенных скоростях приводит к потере мощности и увеличению шума.

Электродвигатели АДЧР (АДЧР-В, -ДВ, -ТДВ) с установленным узлом независимой вентиляции лишены этих недостатков и могут работать в режиме постоянного момента на валу от самой минимальной до максимальной скорости.

По требованию заказчика частотно-регулируемые электродвигатели АДЧР могут быть оснащены:

  • электромагнитным тормозом — для торможения и удержания вала электродвигателя после остановки или в аварийной ситуации, что актуально, в первую очередь, для системы кранового привода (АДЧР-Т, -ТВ, -ТДВ);
  • датчиком обратной связи — для регулирования и позиционирования в точных системах с векторным управлением с глубиной до 1:10000 (АДЧР-ДВ, -ТДВ).

СпецЭлектро предлагает доступные цены на АДЧР

Целесообразно использоватьЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ не в качестве элементов системы управления конкретного агрегата, а как составляющую комплексных системных решений с подключением широкого набора средств автоматизации технологических процессов. Такие решения позволяют получить эффект, который заведомо больше простой экономии электрической энергии.

Установка независимой вентиляции на двигателе АДЧР дает возможность увеличения диапазона по минимальной и максимальной скорости предохраняя от перегрева на разных скоростях.

Электромагнитный тормоза устанавливаемый на АДЧР выполняет задачи по удержанию нагрузки при отключенном силовом питании двигателя, а так же обеспечивает безопасность оборудования, на которое устанавливается асинхронный электродвигатель.

Датчик скорости/положения энкодер установленный на асинхронных двигателях АДЧР, предназначен для обеспечения работы в системах точного регулирования и позиционирования, требующих реального контроля скорости, а так же в системах требующих управление моментом вращения механизма.

Условные обозначения частотно-регулируемых электродвигателей АДЧР

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
АДЧР 315 М А 6 У2 IM1001 1 ТДВ 1 2 Т 02500 5 001
Номер поля Код обозначения Расшифровка кода обозначения
1 Обозначение серии АДЧР
2 Габарит (-высота оси вращения в мм)
3 Установочный размер подлине S, M, L
4 Длина сердечника статора A, B, C, D — (позиция может отсутствовать)
5 Число полюсов 2р=2, 4, 6, 8, 10, 12
6 Климатическое исполнение по ГОСТ 15150
7 Монтажное исполнение по ГОСТ 2479
8 позиция можетотутствовать Исполнение по термозащите «1»- датчики температурной защиты обмотки статора (PTC); «2» — датчики температурной защиты обмотки статора и датчики температуры подшипников (Pt100); «3»- датчики температурной защиты обмотки статора и антиконденсатный подогрев обмотки статора; «4» — датчики температурной защиты обмотки статора, антиконденсатный; подогрев и датчики температуры подшипников; «5» — датчики температуры обмотки статора (Pt100) и подшипников; «6» — датчики температуры обмотки статора (Pt100), подшипников и антиконденсатный подогрев обмотки статора;«7» — датчики температуры обмотки статора (Pt100) и антиконденсатный подогрев.
9 Конструктивнаямодификация двигателя «О» — двигатели с самовентиляцией; «В» — двигатели с принудительной вентиляцией; «ДВ» — двигатели с датчиком обратной связи (далее — ДОС) и принудительной вентиляцией; «ТВ» — двигатели с электромагнитным тормозом и принудительной вентиляцией; «Т» — двигатели с пристраиваемым электромагнитным тормозом;«ТДВ» — двигатели с тормозом, ДОС и принудительной вентиляцией.
10 «Т», «ТВ», «ТДВ»* Исполнениеэлектромагнитного тормоза «1С», «2С» — электромагнитный тормоз 1 1.5;«1Е» — тормоз по техническому заданию (далее- ТЗ).
11 Дополнительное исполнениеэлектромагнитного тормоза «Х» — отсутствие опций; «1» — с контролем срабатывания; «2» -с ручным растормаживанием;«3» — с контролем срабатывания и ручным растормаживанием.
12 Условное обозначение напряжения питаниятормоза «1» — 24 В DC; «2» — 220 В AC (через выпрямитель);«3» — 380В AC (через выпрямитель).
13 «ДВ», «ТДВ»* Тип сигнала ДОС «Т» — ТТL 5В; «Н» — HTL 10-30В; «R» -резольвер 7В 8-10кГц; «S» -sin/cos 1В;«Z» — ДОС по ТЗ.
14 Разрешающая способ-ностьДОС «00000-20000» импульсов/оборот
15 «В», «ТДВ»«ТВ», «ДВ»* Исполнение узлапринудительной вентиляции «1» — встроенный электровентилятор EBM 1ф~ 230 + 10% В 50 Гц; «2» — встроенный электровентилятор EBM 3ф~ 400 + 10% В 50 Гц; «5» — встроенный электровентилятор Zhiell-Abegg 3ф~ 400 + 10% В 50 Гц;«3» -вентилятор с приводным электродвигателем типа АДМ или аналогичным.
16 Код дополнительной модификации(индивидуальные свойства) «001-999» -служит для обозначения ТЗ, по которому изготавливается двигатель.Присваивается Производителем.

Старые обозначения

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
АДЧР 180 S 4 IM1081 ТДВ С 200 Т 02500 К 380 001
1 Обозначение серии
2 Высота оси вращения вала(ВОВ)
3 Типоразмер станины электродвигателя
4 Количество полюсов
5 Монтажное исполнение электродвигателя по ГОСТ 2479
6 Модификация двигателя: ТДВ- с тормозом, датчиком ОС(энкодером) и независимой вентиляцией
7 Тип электромагнит. тормоза: С –статический, для удержания вала двигателя после остановки Д- динамический, для остановки двигателя тормозом с рабочей скорости( прим.редко)(В базовой комплектации нормально замкнут, питание 380В)
8 Встроенный контроль срабатывания(опционально): 0-нет 1-нормально замкнутый контакт2-нормально разомкнутый контакт. (В большинстве случаев тормоз без контроля срабатывания)
9 Ручное растормаживание: 0- без ручного растормаживанияР- ручное растормаживание
10 Питание тормоза:24- 24 DC, 180-180В DC, 200- 200В DC   Питание через выпрямитель, на выпрямитель 220В АС или 380В AC.
11 Тип сигнала энкодера:Т- TTL, 5В; H-HTL, 10-30В; R-резольвер; S- sin/cos, 1В. И т.д.( чаще используемый: ТТL)
12 Число инкриментов энкодера: 02500- 2 500 имп/об.  На выбор число инкриментов 000000-20000В базовой комплектации – энкодер E40H12-2500-6-L-5, Autonics, ЛИР-158А; по доп.согласованию любой другой.
13 Тип вентилятора   К- встроенный в кожух вентилятор Для ВОВ от 56 до 112 выполняется однофазным, Для ВОВ от 132 до 315 включительно выполняется трехфазнымДля ВОВ от 355 и более –по дополнительному согласованию
14 Питание вентилятора: 220- однофазный вентилятор 220В/50Гц380- трехфазный вентилятор 380В/50Гц
15 001-ХХХ   Спец. Исполнение Код присваивается производителем.
Читайте также:  Защита при косвенном прикосновении

* — позиции присутствуют только в указанных модификациях

Модификации асинхронных электродвигателей АДЧР

Адчр 0 — асинхронный электродвигатель базового исполнения

Отсутствуют — электромагнитный тормоз, датчик скорости / положения и независимая вентиляция. Предназначен для эксплуатации в составе частотно-регулируемого привода, питается от стандартной сети трехфазного тока. Выпускается во всех стандартных габаритных размерах асинхронных двигателей.

Эффективное охлаждение двигателя обеспечивается начиная с выходной частоты инвертора порядка 30Гц, в виду того что для охлаждения асинхронного электродвигателя используется вентилятор который установлен на валу двигателя (самостоятельная вентиляция), допускаемая глубина регулирования примерно 1:3.

Используется в составе регулируемого привода для вентиляторов, конвейеров, насосов и т.п. или заменяет обычный асинхронный электродвигатель.

Отсутствуют — электромагнитный тормоз и датчик скорости / положения. Предназначен для эксплуатации в составе частотно-регулируемого привода при длительной работе во всех диапазонах рабочих скоростей. Выпускается во всех стандартных габаритных размерах асинхронных электродвигателей.

Датчик скорости/положения в данной модификации асинхронного двигателя отсутствует, поэтому максимальная глубина регулирования с преобразователем частоты может составлять 1:10, при использовании специальных типов инверторов до 1:20-40.

Используются в центрифугах, конвейерных системах, автоматических линиях и т.п.

Отсутствуют — датчик скорости / положения и независимая вентиляция отсутствуют.

Предназначен для эксплуатации в составе частотно-регулируемого привода — статический тормоз, или с работой от стандартной сети питания — динамический тормоз, с необходимостью обеспечивать удержание вала двигателя при отключении силового питания двигателя, а так же в системах, требующих повышенной безопасности.

Выпускается во всех габаритных размерах электродвигателей. Эффективное охлаждение обеспечивается, начиная с выходной частоты инвертора порядка 30Гц, в виду того что для охлаждения асинхронного электродвигателя используется вентилятор установленный на валу двигателя (самостоятельная вентиляция), допускаемая глубина регулирования 1:3.

Максимальная скорость – не превышает номинальную. При эксплуатации такого типа асинхронного двигателя при прямом питании от стандартной питающей сети 50/60Гц, необходима установка динамического тормоза. Применяется в грузоподъемных механизмах, автоматических линиях, конвейерных системах, центрифугах, и т.п.

Отсутствует — электромагнитный тормоз.

Предназначен для работы в составе частотно-регулируемого привода, при необходимости для обеспечения большой глубины регулирования по скорости, точного контроля скорости вращения, управления моментом, в любом диапазоне скоростей от 0 об/мин до максимальной скорости. Выпускается во всех стандартных габаритных размерах электродвигателей. Применяются в точном машиностроении, для станков с ЧПУ, грузоподъемных механизмов, конвейерных систем, автоматических линий и т.п.

Предназначен для работы в составе частотно-регулируемого привода, а так же для обеспечения точного контроля скорости вращения, получения большого диапазона регулирования по скорости, управления моментом в любом диапазоне скоростей от 0 об/мин до максимальной в технологических процессах, где требуется удержание вала электродвигателя при отключении питания асинхронного двигателя или имеются требования по безопасности оборудования. Выпускается во всех габаритных размерах электродвигателей. Применяется в точном машиностроении, для станков с ЧПУ, грузоподъемных механизмов, конвейерных систем, автоматических линий.

Источник: http://erkogor.ru/jelektrodvigateli/jelektrodvigateli-chastotno-reguliruemye-s/

Частотное регулирование асинхронного двигателя

Частотное регулирование асинхронного двигателя применяют с целью обеспечения плавного изменения оборотов вращения ротора, как при повышении, так и при снижении числа оборотов по сравнению с номинальным значением (рассматриваются изменения в широком интервале).

Частотное регулирование асинхронного двигателя с помощью преобразователей

С целью осуществления частотного регулирования разработаны специальные устройства – преобразователи, которые находят применение во многих отраслях. Это оборудование отвечает за управление приводами различных агрегатов: транспортеров, насосов, вентиляторов и пр.

Преобразователи отличаются высокой технологичностью и надежностью, обеспечивая значительный диапазон регулирования (выходные частоты могут составлять от 0 Гц до 800 Гц). Современные модели устройств обладают обширным набором функций, включая:

  • возможность менять направление вращения ротора и регулировать скорость как вручную, так и автоматически;
  • защиту двигателей от перегрузок;
  • управление переходными процессами с пульта, расположенного удаленно;
  • наличие встроенного потенциометра, расположенного на панели управления;
  • восстановление текущего режима работы автоматически в случае кратковременного прерывания питания.

Также конструкция преобразователей предусматривает возможность приема сигналов с периферийных датчиков. В соответствии с характером сигналов осуществляется автоматическое управление асинхронными двигателями, и могут быть заданы временные алгоритмы, по которым двигатели приводятся в действие.

Частотное управление асинхронным двигателем — виды преобразователей

Предназначенные для того, чтобы осуществлять частотное управление асинхронным двигателем, преобразовательные устройства можно разделить на группы по таким параметрам, как:

  • конструктивное исполнение (вращающиеся и статические);
  • напряжение питания (однофазные и трехфазные);
  • вид нагрузки на выходе (для промышленного привода, для работающего с перегрузкой привода, для вентиляторного и насосного привода).

Статические преобразователи отличаются от электромашинных (вращающихся) характером электрических элементов, с помощью которых меняется частота тока, питающего двигатель. Для элементов, которые применяются в преобразователях статического типа, свойственно отсутствие движения.

Однофазные и трехфазные преобразователи, предназначены для управления электроприводами разной мощности:

  • 0,75 до 630 кВт – при работе от трехфазных сетей;
  • до 7,5 кВт – при питании от однофазной сети.

Выбор материала (металл или полимеры), из которого изготавливают корпус преобразовательного устройства, определяется мощностью электропривода. Современные однофазные устройства обладают полезной конструктивной особенностью: наличие на выходе трех фаз, значение напряжения которых такое же, как и у одной фазы на входе, позволяет подключить трехфазную модель двигателя без конденсатора.

Источник: https://www.szemo.ru/press-tsentr/article/chastotnoe-regulirovanie-asinkhronnogo-dvigatelya/

Частотное регулирование асинхронного двигателя при постоянной мощности

ЧАСТОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПОСТОЯННОЙ МОЩНОСТИ

Показаны принципиальные недостатки в основах сложившейся методики определения статических рабочих характеристик регулируемого асинхронного электропривода.

Получены на уровне основ электромеханики новые общие закономерности частотного управления асинхронным двигателем, регулируемым при постоянной статической мощности, с использованием для анализа движения таких двигателей новой системы относительных величин, что значительно повышает возможности анализа.

Обосновано понятие оптимального режима работы двигателя, соответствующего минимуму потерь и максимуму КПД при каждом значении статической мощности нагрузки, и найдены закономерности управления двигателем в оптимальном режиме.

Применение регулируемого асинхронного двигателя с частотным управлением на электростанциях для механизмов собственных нужд, имеющих сравнительно небольшую мощность, признано в настоящее время наиболее перспективным как в нашей стране, так и за рубежом [1, 2].

Вместе с тем обнаруживаются существенные недостатки сложившейся за многие десятки лет и принятой во всей литературе методики определения статических рабочих характеристик асинхронного двигателя, в том числе регулируемого при постоянной мощности, что затрудняет его эффективное использование и вызывает необходимость внесения некоторых корректив в теорию асинхронного электропривода на уровне основ электромеханики [3].

Используем схему замещения асинхронной машины при равном эффективном числе витков фаз статора и ротора, когда основные электрические уравнения двигателя в установившемся режиме непосредственно приводят к Т-образной схеме замещения (рис.1), согласно векторным равенствам [4]:

ш0-ш

где я = —Ш—-скольжение ротора; ш 0 — синхронная угловая скорость; ш — угловая

ш0

скорость двигателя.

Схемой замещения на рис. 1 не учитывается активное сопротивление намагничивающей цепи, так как оно незначительно влияет на распределение токов, но за счет этого существенно упрощаются конечные формулы. Вместе с

А.Н. ПОПОВ*, В.Б. САЙФУТДИНОВ**

*Липецкий государственный технический университет **ОАО “Новолипецкий металлургический комбинат”

и = ЯіІ1 + у(х1 + Хт)Л + ІХШІ2 ;

• я2 • •

0 = ІХт11 + — 72 + ЛХ2 + Хт)12 ';

(1)

(2)

/0 = 11 + 12 .

(3)

(4)

© А.Н. Попов, В.Б. Сайфутдинов Проблемы энергетики, 2006, № 1-2

тем, при рассмотрении энергетических процессов двигателя, когда в уравнениях связываются сравнимые по значению величины, потери в этом сопротивлении, выражающие потери в стали, непременно учитываются, что повышает надежность расчетных формул.

Рис. 1. Эквивалентная Т-образная схема замещения одной фазы асинхронной машины

Читайте также:  Степень защиты ip - расшифровка, примеры оборудования

Исходные зависимости (1) — (3) дополняются в электроприводе уравнением механического равновесия (уравнением моментов), которое в двигательном режиме представляется в виде [5]

Мэл = Мс + ДМШ

где Мэл — электромагнитный момент, развиваемый двигателем, Мэл =-

(5)

3*212 ;

яш0 ’

Мс — статический момент нагрузки на валу; ДМмех — момент механических потерь двигателя, ДМмех = А + Вш ; А и В — постоянные.

С помощью схемы замещения находятся следующие уравнения напряжения и токов асинхронной машины [4]:

/, =-

и, ;

]Хт {В^Ы + /х2 ) ’

*2^ + Л хт + х2)

(6)

& ]Лхт &

12 =——-«——————-/1;

*2^ + І(хт + х2)

& *2^ + ]х2 &

10 = ' 11 .

R2ІS + Л(хт + х2 )

(7)

(8)

Зависимости (6) — (8) приводят к расчетным формулам при обращении к скалярным величинам.

Однако их непосредственное использование при рассмотрении движения асинхронного двигателя, регулируемого по двум каналам (изменением подводимого напряжения и его частоты), становится затруднительным без перехода к относительным величинам. Задача эта имеет также самостоятельное значение, так как до сих пор в полной мере не была решена в теории асинхронного электропривода [6,7].

Принимаем за базовые номинальные значения тока статора /1н, синхронной скорости Шон и частоты /1н подводимого напряжения.

Составляем исходные соотношения: : — • 8 — 8 — /1 . V — ш

*1 — т ; 8 — 81 — / . V — ш •

71н Ли ш0н

В уравнениях (1), (2) индуктивные сопротивления определяются

равенствами: х1 — /1ш0; х2 — /2ш0 ; хт — Ьтш0, в которых /1 и 12 обозначают

индуктивности рассеяния фазы статора и ротора, а Ьт — индуктивность контура намагничивания.

С помощью отношений (9) вместо формул (1), (2) получаем их выражения в относительных величинах:

«1 — Р1*1 + Л(о1 + 1)8к + Л'12;

0 — У8*1 +1 Р2*2 + Л(о2 + 1)8*2 ,

IV • Т-2 хл

где 5 — 1 —^; *2 — 7^; °1 — ~ = ;

(10)

(11)

Р1

71н *1 ;

71н

Р 2

«1=

и,

«0н

71н *2 ;

0н 0н

Е0н — ш0н■7т71н — ш0н^1н •

Из условия 5 = 0 определяется в относительных величинах синхронная

ш0

Также

ш0н

ее относительное

скорость идеального холостого хода двигателя V 0 —

/2

58 — 8 — V — 82 —^-, где /2 — частота тока ротора и 82 —

/1н

выражение.

Здесь Е0н физически обозначает действующее значение базовой ЭДС, наводимой в фазе статора при номинальной синхронной скорости идеального холостого хода ш0ни номинальном токе статора 71н при магнитном потоке (потокосцеплении) ^1н • Базовой ЭДС соответствует также базовая

электромагнитная мощность ^Эл.0н = Е0н 71н и базовый электромагнитный

момент М,л.0н Рэл. 0н /ш0н •

Уравнение токов (3) с учетом (9) переписывается в виде

*0 — *1 + *2 , (12)

где *0 =

Из уравнений (10) -(12) определяются зависимости между относительными токами и напряжением, подобные (6) — (8):

111

р1 + Л(о1 +1)8 +

Р2

+ Л'8(о 2 + 1)

т

2

8

5

*2— ——————; (14)

— + Л'8(о 2 + 1)

5

(— + Л'8° 2 )*1

*0 — —5————————————————————————• (15)

— + Л8(о 2 + 1)

5

Рассматривая уравнения (13) — (15) применительно к номинальному режиму, когда г1н=1, 8н=1, v„=ш„/ш0„ и 5н=1-у„, и переходя к скалярным величинам, найдем значения относительного номинального напряжения и1н и токов г2го

Переходя в уравнении механического равновесия двигателя (5) к относительным величинам (9), получаем

3-2 ¡2

рэл — — рс + ^^мех, (16)

8 — V

, о.. . ™ А .а Вш0н __ Мс щщ Мэл

где Армех — а + Pv ; а — ; Р — ; рс — ; рэл — •

-^эл^н -^эл^ -^эл^н Мэл•0„

В асинхронной машине электромагнитный момент Мэл равен механическому моменту двигателя Ммех, который определяется по механической мощности Рмех и скорости двигателя ш:

Мэл — Ммех— Рмех • (17)

ш

Механическая мощность Рмех находится как разность между электромагнитной мощностью Рэл — Мэлш0, передаваемой ротору, и мощностью скольжения Q2, теряемой вследствие электрических потерь в цепи ротора (потери в меди ротора):

&— 37| *2 — Рэл5 • (18)

1 — 5 2

Следовательно, Рмех — Рэл — & — 3*2———72 • (19)

5

Механическая мощность включает в себя статическую мощность Рс, развиваемую на валу двигателя, и мощность механических потерь ДРмех от всех видов механического трения (потери в подшипниках и вентиляционные):

Рмех— Рс + ДРмех • (20)

Из равенства (20), с учетом (17), получается зависимость (5), в которой момент механических потерь устанавливается исходя из того, что значение ДМмех изменяется линейно со скоростью двигателя [7]^

В относительных величинах (9) статическая мощность Рс = Мсш записывается в виде

Рс = ^с , (21)

Рс

с

где Рс =———-.

Р

1 эл.Он

Рассматриваем наиболее важный для данной практики случай регулирования асинхронного двигателя при постоянной механической (статической) мощности на валу:

рс = const. (22)

На основании уравнений (13) — (16) с учетом (21) находим

2 Pc + V(a + Pv) 2

«1 =—————-{[Р1Р2 — Ф — V)C] +

3р2(г — v)v

+ [(о1 + 1)р2г + (о2 + 1)р1(г — v)]2 }, (23) где О = ®1 + О 2 + 010 2.

Уравнение (23) определяет в неявном виде общую зависимость скорости двигателя v от переменных величин напряжения «1 и частоты г при заданном значении статической мощности pc.

Из этого уравнения при каждых заданных v = const и pc = const определяется закономерность регулирования напряжения «1 от приложенной частоты г, а при заданных закономерностях изменения напряжения «1 в функции частоты г находится при pc = const изменение скорости v (решением уравнения четвертой степени) в функции частоты г питающего напряжения «1 .

С помощью зависимостей (13) — (16) и (21) находим уравнения токов:

.2 [ Pc + v(a + pv)][p2 + (г — v)2o2]

г0 = ; (24)

3р2(г — v)v

.2 [ Pc + v(a + pv)][p2 + (г — v)2(o 2 +1)2]

г1 = ; (25)

3p 2(г — v)v

.2 (г — v)[Pc + v(a + pv)]

l2 =—————————————————————————. (26)

3p 2 v

Диапазон регулирования скорости двигателя при частотном управлении ограничивается главным образом электрическими параметрами — допустимым (предельным) значением напряжения «1пр и намагничивающего тока г'опр. В

дальнейшем принимаем, согласно [3, 7], для каталожных двигателей «1пр = 2«1н и

г0пр = 1,2г0н .

3ІО v — V(3ІО v)2 — 4«2[pc + v(a + Pv)]2 (27)

г = v +————2—————————• (27)

2о 2[Pc + v(a + Pv)]/ р 2

Из этой формулы при i0 = гОпр и обращении в нуль подкоренного

выражения устанавливается нижний предел v^ снижения скорости двигателя,

регулируемого при заданном значении pc = const:

3i0 — 2«2a — V(3ІО — 2«2a)2 — (4«2)2Р ■ pc ..„V

vпр =——————————————-• (28)

4® 2Р

Также находится минимальная предельная частота тока

3г0р 2 ^р ,__ч

гпр = '’пр +—2——————, (29)

2« 2[pc + + Pvпр )]

а по уравнению (23) определяется предельное значение напряжения и1пр •

Кроме того, регулируемый двигатель должен оставаться в области рабочей части механической характеристики, на которой обеспечивается устойчивость механического движения [3], поэтому должно выполняться условие S < £кр ,

означающее, что текущее скольжение s не должно превышать критическое *кр • Последнее определяется на основании уравнения (16), с учетом (13) и (15), при

•_• ^рэл

обращении в нуль производной————:

ds

2 р 2[р2 +г 2(°1 +1)2] (30)

s^ =—————————————• (30)

р г 2[г 2(«1 + о 2 + «1« 2)2 + pfo 2 +1)2]

Мощность потерь (потери) Q асинхронного двигателя слагается из электрических потерь в меди статора Q1 и ротора Q2, механических потерь АРмех и из потерь в стали машины Qст :

Q = Q1 + Q2 + АРмех + Qст (31)

или в относительных величинах (9)

q = q1 + q2 + АРмех + Чст , (32)

Q Q1 Q2 А ЛРмех Qст

где q=———; q1 =——-; q2 =-; Дрмех =—————; qст =————•

Р Р Р Р Р

1 эл^Он 1 эл^Он 1 эл^ Он 1 эл^ Он 1 эл^ Он

Потери в меди статора

q1 = 3i1 р1; (33)

потери в меди ротора

q2 — 3i2 p2 ;

механические потери, согласно (16), ДРмех — V(a + pv).

(34)

(35)

Наиболее обоснованная формула изменения потерь в стали регулируемого асинхронного двигателя (от гистерезиса и вихревых токов) установлена из предположения, что эти потери возрастают пропорционально квадрату подводимого напряжения и1 и изменению частоты / в степени 1,3 [3]:

Читайте также:  Установка бытовых электроприборов на кухне

Qct — Qi ст.н

Г ^ Л 2 Г f1 Л

^ ^1н ,

1,3

у

(i+*u )•

(36)

Принимая, что номинальные потери в стали в фазах статора 21ст.н равны

2

номинальным активным потерям в намагничивающей цепи 3 /он Ло, и переходя к относительным величинам (9), приводим предыдущее уравнение к виду

>

V3 +( — V)13 ],

Чст — 3і0нр0

2

«1

«1н.

(37)

ГДе Ро — —

Лн *0

E,

На основании уравнения (32) определяются КПД п и ео«ф двигателя:

П =

Ре

Ре + q

Ре + q 3«iii

(38)

Применим для иллюстрации данные асинхронного короткозамкнутого двигателя типа А2-81-8, приведенные в работе [8].

Номинальное напряжение Ц1=220В, номинальная мощность Рн=22кВт, номинальная частота вращения ин=727об/мин, номинальный ток статора /с.„=42,9А, ток холостого хода /0=15А.

Сопротивления схемы замещения: гс=0,180м; хс=0,6240м; г0=1,1Ом; х0=14,1Ом; r'p = 0,153 Ом; x'p = 0,485 Ом.

Имеем угловую номинальную скорость двигателя шн=76,13126 1/с; угловую номинальную синхронную скорость ш0н=78,539816 1/c; номинальное скольжение

= 3,0667 • 10“2.

Принимая Л1=гс, х1=хс , xm=x0, R2 = r'p, x2 = x'p, R0 = r0 и /j = /с.н, находим, на основании уравнений (6) — (8), и1н=215,85В; /2н = 39,24 А; /0н = 13,95 А, а также уточняем номинальную мощность Рс.н = 21,5 кВт на основании условия, обоснованного в [3, 5].

Переходя к относительным величинам, находим: Е0н =604,89 В

ун — 0,96933 ;

о1 — 4,42553 • 10-

о2 — 3,43972 • 10

-2

р1 -1,27660 • 10-

р2 -1,08511 • 10-2 ; і2н — 0,91471; і0н — 0,32518; а — 2,80988 • 10_2 ; р — 5,49176 • 10_3 р0 — 7,80142 • 10-2 ; рен — 0,82853 ; «н — 3,0667 • 10″2.

© Проблемы энергетики, 2006, № 1-2

2

2

Преимущественное применение при частотном регулировании скорости

Реализация способов регулирования (39) — (42) удобна тем, что при этом не требуется управляющего сигнала скорости двигателя. Вместе с тем используется способ регулирования скорости при постоянном скольжении «=сопз1, когда, согласно обозначениям (11),

8

Применяется также способ регулирования скорости при постоянной частоте тока ротора:

Чтобы перейти к расчетным формулам при условии регулирования (43), нужно исключить из полученных уравнений частоту 8 = ^(1 — «), а при условии регулирования (44) — произвести замену 8 — V = 82 .

На рис. 2 построены, с помощью уравнений (23), (41), для двигателя А2-81-8 при постоянной номинальной статической мощности рс = рсн в функции

частоты 8 зависимости г0, ¿0/ , (кривые 1 — 3) изменения намагничивающего

тока г'о при управлениях (39), (41), (42), а также зависимости '1д°, ¿о (кривые 4, 5)

при управлениях (43), (44).

Приведенные зависимости показывают, что только один способ управления (39), при котором напряжение регулируется пропорционально частоте (кривая 1), обеспечивает снижение скорости вниз от номинальной vн (соответствующей частоте 8н = 1), тогда как в остальных случаях такое регулирование становится затруднительным, так как может осуществляться только за счет повышения тока возбуждения ¿о выше

номинального значения ¿дн. По той же причине второй из рассмотренных

способов, устанавливаемый формулой (41), не может использоваться также при регулировании скорости вверх от основной (кривая 2).

двигателя имеет изменение напряжения и = и( пропорционально частоте: и[ иы

(39)

8 1

Рекомендуются также зависимости [9]

иі

иі

(40)

которые, согласно (9), представляются в виде:

«і = иі1 = «ін82 ;

и1 = «і11 = иін48.

(41)

(42)

V

«=сопз1; — = сопзі.

(43)

82 = 8 — V = сопз! .

(44)

'о 1,0

0,75

0,5

0,25

АС V .VII »0 4 Jl

у ■Оч 1 .VI ./0 : /0

.lllXS . '0 3 10.н /1 a

eg . .v ,ш i-Г /п./ll

4.v JvTjV |*(Ь*0 » ¡0 £||

0,5

1,0

1,5

2,0

е

Рис. 2. Изменение намагничивающего тока ¿0 двигателя А2-81-8, 21,5 кВт при постоянной номинальной статической мощности pc = pc.„ в функции частоты £ при различных способах управления: if, if1, iff1 (кривые 1 — 3) при управлениях (39), (41), (42); ifV , ¿q (кривые 4,5) при управлениях (43), (44); ¿q1 , i^1 (кривые 6-4 и 4-4) при управлениях (45), (47)

В замкнутых системах частотного регулирования используются также способы управления двигателем при постоянных значениях намагничивающего

тока i0, тока статора i1 (частотно-токовое управление) и тока ротора i2

(векторное управление).

При i0 = const и pc = const из уравнения (25) находим

б =

3ii v + ^(3'~12 v)2 — 4(

Источник: https://cyberleninka.ru/article/n/chastotnoe-regulirovanie-asinhronnogo-dvigatelya-pri-postoyannoy-moschnosti

Принцип действия частотного управления асинхронным двигателем

Чтобы понять способ частотного управления асинхронным двигателем, а конкретно его угловой скоростью, при помощи регулирования частоты подводимого напряжения, необходимо рассмотреть формулу зависимости синхронной частоты вращения двигателя от частоты подводимого напряжения f1 и числа пар полюсов двигателя рn. Из формулы видно, что скорость вращения электромагнитного поля статора прямо пропорциональна частоте питающего напряжения.

По этому принципу возможно построение широкорегулируемых электроприводов с жесткими механическими характеристиками. Важным преимуществом частотного управления асинхронным двигателем являются благоприятные энергетические показатели.

Это объясняется тем, что двигатель с частотным управлением работает при малых скольжениях, что обусловливает малые потери и высокий КПД во всем диапазоне регулирования скорости. Однако при изменении частоты возникает необходимость одновременного регулирования напряжения, подводимого к статору.

С изменением частоты питающего напряжения изменяется и величина потока двигателя Ф1, поэтому одновременно с изменением частоты питающего напряжения необходимо регулировать и его амплитуду.

Необходимость уменьшения напряжения при уменьшении частоты питающего напряжения возникает из за того, что с уменьшением сопротивления обмоток двигателя, ток намагничивания возрастает. Это приводит к тому, что магнитопровод двигателя насыщается, что ведет к перегреву двигателя. При частотном управлении двигателем, необходимо следить, чтобы скольжение двигателя было минимальным.

В настоящее время в качестве преобразователей частоты используются полупроводниковые статические преобразователи частоты. Если пренебрегать величиной активного сопротивления статора (r1=0), то, для того чтобы при частотном управлении (уменьшении частоты вниз от номинальной) сохранять критический момент постоянным, нужно величину напряжения изменять пропорционально изменению частоты.

Механические характеристики, соответствующие частотному регулированию при выполнении соотношения показаны на рисунке сплошными линиями.

Для того чтобы реализовать принцип частотного управления двигателем, необходимо управлять напряжением и током в статоре асинхронной машины при изменении частоты питания.

Поэтому в разомкнутых системах ПЧ — АД не удается достичь большого диапазона регулирования скорости, так как в сильной степени проявляется статизм (влияние изменений момента нагрузки) на механические характеристики привода.

Кроме того, при снижении скорости может возникать область статической неустойчивости, которая затрудняет практическое использование таких приводов. Существует несколько алгоритмов одновременного изменения частоты и напряжения статора в статическом режиме.

Чаще всего стремятся сохранить постоянной перегрузочную способность двигателя, т.е. сделать так, чтобы при всех режимах отношение максимального момента к моменту сил сопротивления оставалось постоянным:

Таким образом, напряжение необходимо регулировать не только в функции частоты, но и в функции нагрузки. Критический момент трехфазного АД:

где ω0- синхронная скорость; Rj — активное фазное сопротивление обмотки статора; XK=XJ+X’2 — индуктивное фазное сопротивление к.з. Пренебрегая величиной Ri по сравнению с Xk и учитывая, что Xk=2f1Lf, можно получить

Следовательно, критический момент прямо пропорционален квадрату напряжения и обратно пропорционален квадрату частоты, поэтому

Таким образом, для сохранения постоянной перегрузочной способности необходимо изменять напряжение пропорционально частоте и корню квадратному от момента нагрузки. Этот общий принцип регулирования может быть уточнен для конкретных режимов работы механизма.

Источник: http://eprivod.com/princip-dejstviya-chastotnogo-upravleniya-asinxronnym-dvigatelem

Ссылка на основную публикацию