.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ЧАСТОТНОМ  УПРАВЛЕНИИ  ОТ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ ЧАСТОТЫ

Программа Работы

Контрольные вопросы

Литература

Лабораторная работа № 1.

Введение

Цель работы. Изучение особенностей работы асинхронных дви­гателей при частотном управлении; снятие и анализ характеристик двигателя.

Предварительные сведения:

Работа асинхронного двигателя (АД) общепромышленного применения при частотном управлении относится к классу неноминальных режимов работы.

Как известно, частота вращения трехфазного АД определяется как

где - круговая частота вращения магнитного поля статора;  - частота напряжения, питающего фазы обмотки статора;  - число пар полюсов статорной обмотки;  - скольжение.

Практически частотное управление начало развиваться с появ­лением полупроводниковых приборов. При этом оказалось возможным создать полупроводниковые преобразователи частоты (ППЧ) для  уп­равления как электроприводами большой мощности, так и исполните­льными двигателями в следящих системах и сервоприводах.

Наряду со сложностью построения ППЧ возникает необходимость одновременного управления по двум величинам: частоте и напряже­нию. Пренебрегая падением напряжения в первичной цепи, можем  на­писать, что напряжение сети уравновешивается ЭДС двигателя

   (1)

где   - число витков фазы обмотки статора; - обмоточный ко­эффициент;  - магнитный поток в воздушном зазоре АД.

Из выражения (1) следует, что, при изменении частоты с целью регулирования скорости, равновесие ЭДС я напряжения сети  может быть сохранено только за счет увеличения магнитного потока двигателя.

При этом магнитная цепь будет насыщаться, а ток статора - интен­сивно нарастать по нелинейному закону. В итоге работа АД в ре­жиме частотного управления при неизменном напряжении оказывается невозможной. Чтобы сохранить неизменным магнитный поток при умень­шении частоты, необходимо одновременно снижать и уровень напряже­ния.

Таким образом, при частотном убавлении надо использовать два канала управления: по частоте и напряжению. Первоначально закон регулирования напряжения при частотном управлении для слу­чая, когда статический момент сопротивления -  на валу двига­теля изменяется в зависимости от частоты вращения, был выведен академиком М.П.Костенко, который исходил из необходимости сохра­нения во всем диапазоне частот вращения перегрузочной способности двигателя, т.е.  .

 Тогда

.                  (2)

Здесь индексом „Н” обозначены номинальные параметры питающего напряжения и приведенного статического момента сопротивления ра­бочего механизма. Полученная формула показывает, что закон изме­нения напряжения при частотном управлении определяется характе­ром изменения  в зависимости от угловой скорости.

При постоянном статическом моменте -  получаем наиболее простой закон управления двигателем

     .                                                                                                 (3)

При линейном нарастании  с угловой скоростью закон регулирова­ния напряжения имеет вид

.

При квадратичной зависимости (вентиляторная нагрузка)

.                                                                                                             (4)

Из этого соотношения следует, что при двукратном изменении частоты , напряжение  необходимо изменить в четыре раза .

Если требуется поддерживать режим постоянной мощности электродвигателя , то так как частота вращения  пропорциональна частоте , то получим условие

,

откуда закон изменения напряжения

.                                                                                                               (5)

Для работы совместно с ППЧ важное значение приобретает фор­ма кривых тока и напряжения. Для тиристорных преобразователей напряжения характерной является прямоугольно-ступенчатая форма выходного напряжения. При этом кривая фазного тока содержит  широкий  спектр гармоник, главные из которых 3, 5 и 7-я. Высшие гармоники оказывают на двигатель только отрицательное вли­яние, увеличивая его нагревание, пульсации момента и частоты вра­щения, вибрацию и шум. У двигателей средней мощности при питании от ППЧ потери в стали статора повышаются на 30%, ток холостого хода на 32%, КПД снижается на 1,5%, ток в обмотке статора увели­чивается на 8%, скольжение на 3%. Это снижает допустимую нагруз­ку на валу двигателя, что требует увеличения его установленной мощности.

При использовании в частотном электроприводе самовентилиру­емых двигателей АД необходимо учитывать изменения условий охлаж­дения с изменением частоты вращения ротора. В этом случае наихуд­шим режимом работы АД будет точка минимальной частоты вращения. В данной точке нагрев не должен быть выше допустимого. Для выпол­нения этого условия необходимо снизить нагрузку на валу. На рис.I показано изменение допустимых моментов серийных АД, рекомендуе­мое заводом-изготовителем (НПО "ХЭМЗ"). Видно, что в номинальном режиме работы АД развивает мощность         85% номинальной при питании от сети с синусоидальной формой напряжения. При сни­жении частоты длительно допустимая нагрузка на валу двигателя су­щественно уменьшается. Например, при Гц развиваемый  АД момент составляет 0,5 от номинального, полезная мощность на валу равна 0,1 номинальной, а КПД составляет 72% от КПД при 50 Гц. Происходит также снижение максимального момента на 10-20% при Гц и на 30-40% при Гц. Превышение перегрева об­моток статора и ротора в среднем при всех частотах составляет 77% и 110% при питании АД от ППЧ с инвертором напряжения.

При подаче на фазы АД напряжения ступенчатой формы, вектор магнитного потока   перемещается скачкообразно, занимая последовательно положения 1-6, расположенным в вершинах шестиугольника, вписанного в окружность (рис.2), При синусоидальном питании го­дографом вектора   является окружность.

Рис.2

Свойства АД при частотном управлении оцениваются рабочими, механическими и регулировочными характеристиками.