Механические характеристики с сохранением постоянства перегрузочной способности

 

Для того, чтобы работа асинхронного двигателя и электропривода в целом была надежной и кратковременные перегрузки не вызывали остановок двигателя, необходимо наличие перегрузочной способностью

Перегрузочной способностью асинхронного двигателя называется отношение максимального момента к номинальному .

Для того чтобы исследовать свойства асинхронного двигателя при частотном регулировании нужно использовать Т-образную схему замещения [11], которая изображена на рисунке 2.3.

 

 

Рисунок 2.3 – Схема замещения асинхронного двигателя при частотном регулировании

 

За основу для расчетов воспользуемся известной технической литературой по электроприводу [17].

Существует три основных параметра при частотном регулировании:

а) относительная частота статора , которая определяется как отношение частоты статора к ее номинальной частоте :

 

 

б) параметр абсолютного скольжения , который определяется как отношение абсолютного скольжения к синхронной скорости при номинальной частоте :

 

 

Данный параметр используется вместо величины скольжения и определяется следующей формулой:

 

 

в) относительное напряжение, которое определяется формулой:

 

 

При частотном управлении по закону или при снижении частоты уменьшается максимальный момент двигателя, поэтому уменьшается жесткость механических характеристик, увеличиваются потери в двигателе, следовательно, надежность падает из-за уменьшения перегрузочной способности, при более низких частотах двигатель может и вовсе не запуститься.

При неизменном параметре абсолютного скольжения , если снижается частота, то снижается и поток двигателя. Такое явление можно объяснить из соотношения между постоянным активным сопротивлением статора и другими эквивалентными сопротивлениями, если регулируется частота.

На величину потока и на его характер при изменении частоты сильно влияет вид закона регулирования напряжения. К магнитным потокам в асинхронном двигателе можно отнести: поток статора, поток ротора, поток магнитного рассеяния статорной обмотки, поток магнитного рассеяния роторной обмотки, полезный поток ротора.

При законе регулирования , поток определяется следующей формулой:

 

Анализируя данную формулу, можно сказать, что при неизменном скольжении поток и момент двигателя убывают по мере снижения частоты.

Максимальный момент двигателя при заданной частоте, когда не зависит от , то выражается как:

 

 

Если приравнять отношение максимальных моментов при номинальной и при заданной частоте , то можно получить закон, по которому будет регулироваться напряжение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где и – коэффициенты рассеяния для статора и ротора;

– общий коэффициент рассеяния.

Произведем расчет для номинальной частоты . Найдем относительную частоту статора по формуле (2.15):

 

Далее определяем другие коэффициенты по формуле (2.22):

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда определяем закон, по которому будет регулироваться напряжение по формуле (2.21):

 

 

Определяем максимальный момент двигателя при заданной частоте по формуле (2.20):

 

 

При уменьшении нагрузки, для того, чтобы убрать возрастание потока используют дополнительное регулирование функции нагрузки пропорционального .

В таком случае при заданной частоте критическое скольжение не меняется, а перегрузочная способность сохраняется неизменной при любой зависимости от α и β.

Механическую характеристику асинхронного двигателя можно описать следующей формулой:

 

где – коэффициент, который зависит от параметров двигателя и частоты;

– критическое скольжение.

Коэффициент можно найти по формуле:

 

 

Если компенсировать падение напряжения на активном сопротивлении статора, регулируя напряжение не только функцией частоты, но и скольжением, то можно исключить его негативное воздействие.

Управление с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении статора от тока нагрузки с одновременным регулированием напряжения функции момента нагрузки является более распространенным способом.

При такой регулировке можно получить режимы, близкие к номинальным. Поэтому можно подобрать такой закон регулирования , при котором поток двигателя будет изменяться от частоты и скольжения по определенной зависимости.

Необходимо найти критическое скольжение:

 

 

 

Далее строим механическую характеристику по следующим формулам и заносим данные в таблицу 2.6:

 

 

 

Произведем расчет для частоты .

Найдем относительную частоту статора по формуле (2.15):

 

 

Таблица 2.6 – Момент двигателя и значение угловой скорости для частоты 50 Гц

		0,1	0,2	0,3	0,4	0,506	0,6	0,7	0,8	0,9
		1,084	1,944	2,488	2,751	2,819	2,773	2,667	2,534	2,394	2,256
		141,3	125,6	109,9	94,2	77,558	62,8	47,1	31,4	15,7

 

Далее определим другие коэффициенты:

 

 

 

 

 

 

Тогда определяем закон, по которому будет регулироваться напряжение по формуле (2.21):

 

 

Определяем максимальный момент двигателя при заданной частоте по формуле (2.20) и заносим значения в таблицу 2.7:

 

 

Далее строим механическую характеристику по следующим формулам (2.26 и 2.27).

 

Таблица 2.7 – Момент двигателя и значение угловой скорости для частоты 40 Гц

		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
		0,945	1,74	2,306	2,643	2,799	2,83	2,784	2,694	2,58	2,462
	125,6		100,5	87,9	75,36	62,8	50,24	37,68	25,1	12,56

 

Произведем расчет для частоты .

Найдем относительную частоту статора по формуле (2.15):

 

 

Далее определим другие коэффициенты:

 

 

 

 

 

 

Тогда определяем закон, по которому будет регулироваться напряжение по формуле (2.21):

 

 

Определяем максимальный момент двигателя при заданной частоте по формуле (2.20) и заносим значения в таблицу 2.8:

 

 

Далее строим механическую характеристику по следующим формулам (2.26 и 2.27).

 

Таблица 2.8 – Момент двигателя и значение угловой скорости для частоты 30 Гц

		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,67	0,8	0,9
		0,826	1,55	2,112	2,494	2,718	2,819	2,838	2,795	2,721	2,627
	94,2	84,78	75,36	65,94	56,52	47,1	37,68	31,086	18,84	9,42

 

Произведем расчет для частоты .

Найдем относительную частоту статора по формуле (2.15):

 

Далее определим другие коэффициенты:

 

 

 

 

 

 

 

Определяем закон, по которому регулируется напряжение:

 

 

Определяем максимальный момент двигателя при заданной частоте по формуле (2.20) и заносим значения в таблицу 2.9:

 

 

Таблица 2.9 – Момент двигателя и значение угловой скорости для частоты 20 Гц

		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,769	0,9
		0,723	1,378	1,916	2,317	2,588	2,747	2,82	2,833	2,798	2,738
	62,8	56,52	50,24	43,96	37,68	31,4	25,12	18,84	14,507	6,28

 

Построим механическую характеристику по формулам (2.26 и 2.27).

Полученные характеристики для частот 50, 40, 30 и 20 изображены на рисунке 2.4.

Как видно из (рисунка 2.4), для поддержания достаточной перегрузочной способности во всем диапазоне регулирования необходимо при малых частотах уменьшать напряжение в меньшей степени, чем снижается частота. При этом будет наблюдаться одинаковый максимальный (критический) момент во всем диапазоне регулирования частот.

 

Мн

 

Рисунок 2.4 – Механические характеристики ПЧ-АД при постоянстве перегрузочной способности