Регулировка частоты вращения асинхронных приводов: works.doklad.ru — Учебные материалы

Содержание

5.6. Регулирование частоты вращения электроприводов с асинхронных двигателей

Регулирование частоты вращения электроприводов является одной из важнейших задач современной электротехники. Разработка и применение рациональных способов регулирования позволяют повысить производительность механизмов, улучшить качество выпускаемой продукции, упростить механическую часть привода, уменьшить расход электроэнергии и т. д.

С регулированием частоты вращения не следует смешивать естественное изменение частоты вращения электродвигателя в соответствии с его механической характеристикой, когда изменяется нагрузка на валу привода. Регулирование — это принудительное изменение частоты вращения электропривода в зависимости от требований приводного механизма.

Любой способ регулирования характеризуют следующие основные показатели:

диапазон регулирования — отношение максимальной частоты вращения к минимальной, которое можно получить в приводе т.е. ;

плавность регулирования — число устойчивых скоростей, получаемых в данном диапазоне регулирования;

экономичность — учет затрат, связанных с созданием самого способа регулирования, и дополнительных потерь энергии, возникающих в приводе;

стабильность работы привода — изменение частоты враще­ния при изменении момента на валу двигателя. Стабильность работы целиком определяется жесткостью механических характеристик;

направление регулирования показывает, что частота вращения изменяется только вниз или только вверх от основной частоты вращения привода или же возможно регулирование и вверх и вниз.

Частоту вращения ротора асинхронного двигателя определяют по формуле:

где f— частота переменного тока; р — число пар полюсов об­мотки статора; s — скольжение.

Из представленной выше формулы можно заключить, что частоту вращения асинхронного двигателя можно регулировать изменением одной из трёх величин:

— скольжения s;

— числа пар полюсов магнитного потока статора p;

— частоты тока в статоре f.

Рассмотрим возможности регулирования частоты вращения ротора путем изменения скольжения. Скольжение является функцией многих параметров двигателя:

s = f(R1, X1;R2; X2; U),

где R1X1— активное и индуктивное сопротивление цепи статора,; R2, Х2— то же, ротора;

U — напряжение питания двигателя.

Из формулы видно, что для изменения скольжения s можно вводить дополнительные резисторы или индуктивности в цепи обмоток статора или ротора либо уменьшать напряжение питания двигателя.

Изменение напряжения.

Известно, что максимальный момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения сети и механические характеристики при различных напряжениях имеют вид, показанный на рис.5.8, a. Анализ этих характеристик совместно с характеристикой момента сопротивления Мс.г грузоподъемного устройства показывает, что регулирование частоты вращения возможно в очень узком диапазоне. При напряжении 0,6 Uндвигатель не запустится, так как Мп<Мс.г, а при снижении напряжения ниже 0,6 UB работающий двигатель остановится.

Несколько предпочтительнее регулирование двигателя, вращающего механизм с вентиляторным моментом сопротивления Мс.в, — диапазон регулирования расширяется.

Изменение параметров R1, X1, X2.

Увеличение указанных параметров оказывает почти такое же влияние на механические характеристики двигателя, как снижение напряжения, а повышение сопротивления R

1к тому же еще увеличивает потери энергии в цепи статора.

Рис.5.8 Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении

напряжения и активного сопротивления цепи ротора

В конце 50-х годов получил некоторое распространение так называемый дроссельный электропривод, в котором увеличение сопротивления X1достигалось включением в цепь статора маг­нитного усилителя (дросселя насыщения). Главный недостаток таких электроприводов (в том числе при изменении напряжения U) состоит в том, что мощность скольжения полностью превращается в тепло в роторе, увеличивая перегрев двигателя. В дроссельных электроприводах к тому же уменьшается коэффициент мощности cosf.

Из сказанного следует, что увеличение параметров R1X1Х2или уменьшение U не только ради регулирования частоты вращения, но и в силу каких-то иных причин (например, влияния параметров сети) для асинхронного двигателя крайне нежелательно.

Изменение активного сопротивления цепи ротора.

Единственный параметр асинхронного двигателя, от которого не зависит максимальный момент двигателя, — это сопротивление R2.. Следовательно, при введении в цепь ротора дополнительных резисторов сохраняется механическая перегрузочная способность двигателя и, что очень важно, потери энергии выделяются в основном на резисторах, т. е. за пределами двигателя.

Такой способ применим только для двигателей с фазным ротором и с кольцами. Сопротивление короткозамкнутого ротора изменять практически невозможно. Механические характеристики при различных сопротивлениях ротора показаны на рис.5.8, б.

Кратко процесс регулирования выглядит следующим образом: М=Мс, n=const;———————.Запись поясняется формулами (2-6).

С точки зрения диапазона регулирования, плавности, экономичности этот способ аналогичен регулированию частоты вращения двигателя постоянного тока изменением сопротивления цепи якоря. Он применяется в электроприводах брашпиля и шпиля судов типов «Андижан», «Повенец».

Изменение числа пар полюсов.

Асинхронные двигатели, у которых трехфазная обмотка статора может создавать вращающееся магнитное поле с различным числом пар полюсов,

Рис.5.9. Схема, поясняющая принцип получения полюсопереключаемой

обмотки

называются полюсопереключаемыми. Разработаны трехфазные обмотки, которые можно переключать на различное число пар полюсов в отношении: 2:1, 5:2, 7:3, 3:1 и т. д.

Принцип создания полюсопереключаемой обмотки поясним на примере однофазной обмотки, уложенной в восьми пазах. Обмотка состоит из двух полуобмоток. Если полуобмотки соединить последовательно, т. е. перемычка будет между выводами К

1и Н2(рис.5.9, а), то такая обмотка будет создавать четыре пары полюсов (р=4). Число полюсов, создаваемых обмоткой, можно найти, задавшись направлением тока в ней и применив правило «буравчика» для определения направления силовых линий вокруг пазов.

Если полуобмотки соединить встречно-последовательно, т.е. перемычка между выводами К1и К2(рис.9, б), то такая обмотка будет создавать две пары полюсов (р = 2). При выбранном направлении тока поле между пазами 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7, 8 и 1 взаимно уничтожается.

Полуобмотки можно соединить встречно-параллельно, т.е. перемычки между выводами H1и К2, Н2и К1(рис.9, в), тогда обмотка будет также создавать две пары полюсов (р=2).

Таким образом, существуют два способа переключения обмотки на меньшее число пар полюсов в отношении 2:1. Первый способ — переключение с последовательного соединения полуобмоток на встречно-последовательное, второй — переключение с последовательного соединения на встречно-параллельное. Рассмотрим каждый способ применительно к трехфазной обмотке двигателя..

При первом способе переключения обмотка, соединенная звездой, должна иметь 9 выводов на щитке (рис.5.10, а), а при соединении треугольником — 12 выводов (рис.5.10, б). После переключения характер соединения обмоток не меняется, т. е. звезда переключается в звезду, а треугольник — в треугольник.

Мощность двигателя при первом способе переключения остается постоянной, следовательно, изменяются номинальный и максимальный моменты двигателя. Совместное рассмотрение механических характеристик двигателя и различных механизмов (рис.5.10, в) показывает, что такой способ переключения наиболее целесообразен для регулирования частоты вращения металлорежущих станков.

При втором способе переключения обмотка, соединенная звездой, имеет только 6 выводов (рис.5.11, а). После переключения получается соединение обмотки двойная звезда. Мощность двигателя в этом случае удваивается, а номинальный момент остается постоянным.

Совместное рассмотрение механических характеристик двигателя и различных механизмов (рис.5.11, б) показывает, что второй способ переключения целесообразно применять для регулирования частоты вращения грузоподъемных устройств.

Если обмотка соединена треугольником, то после переключения по второму способу получается соединение двойная звезда. Мощность двигателя при этом возрастает на 15%.

Рассмотрены наиболее простые способы переключения обмоток, дающие две ступени скорости. При более сложном переключении трехфазной обмотки можно получить три и даже четыре ступени скорости с самым. различным соотношением полюсов. Например, отечественные двигатели серии МАП с одной трехфазной обмоткой имеют три скорости (МАП-42/8-4-2, мощность 0,8/1, 8/2 кВт, частота вращения 700/1400/2800 об/мин) и четыре (МАП-52/8-6-4-2, мощность 1,2/2,5/3/4 кВт, частота вращения 460/700/920/1440 об/мин). Более четырех скоростей на практике не встречается, так как сильно усложняются обмотка и ее переключение. У двигателя МАП-52/8-6-4-2 на выводной щиток сделано 22 вывода.

В судовых электроприводах грузоподъемных устройств, брашпилей, шпилей широкое распространение получили трехскоростные асинхронные двигатели с тремя отдельными обмотками на статоре на различное число пар полюсов.

При втором способе переключения обмотка, соединенная звездой, имеет только 6 выводов (рис.5.11, а). После переключения получается соединение обмотки двойная звезда. Мощность двигателя в этом случае удваивается, а номинальный момент остается постоянным.

Совместное рассмотрение механических характеристик двигателя и различных механизмов (рис.5.11, б) показывает, что второй способ переключения целесообразно применять для регулирования частоты вращения грузоподъемных устройств.

Если обмотка соединена треугольником, то после переключения по второму способу получается соединение двойная звезда. Мощность двигателя при этом возрастает на 15%.

Рассмотрены наиболее простые способы переключения обмоток, дающие две ступени скорости. При более сложном переключении трехфазной обмотки можно получить три и даже четыре ступени скорости с самым. различным соотношением полюсов. Например, отечественные двигатели серии МАП с одной трехфазной обмоткой имеют три скорости (МАП-42/8-4-2, мощность 0,8/1, 8/2 кВт, частота вращения 700/1400/2800 об/мин) и четыре (МАП-52/8-6-4-2, мощность 1,2/2,5/3/4 кВт, частота вращения 460/700/920/1440 об/мин). Более четырех скоростей на практике не встречается, так как сильно усложняются обмотка и ее переключение. У двигателя МАП-52/8-6-4-2 на выводной щиток сделано 22 вывода.

В судовых электроприводах грузоподъемных устройств, брашпилей, шпилей широкое распространение получили трехскоростные асинхронные двигатели с тремя отдельными обмотками на статоре на различное число пар полюсов. Частота вращения

а)

Рис.5.10. Первый способ переключения трёхфазной обмотки, соединенной звездой,

и треугольником, и соответствующие механические характеристики АД.

регулируется включением той или иной обмотки, но сами обмотки не переключаются.

Отечественная промышленность выпускает для судовых электроприводов многоскоростные асинхронные двигатели серии МАП, диапазон регулирования частоты вращения которых 6:1 либо 7:1 Обмотка первой скорости обычно имеет 26 или 28 полюсов.

Регулирование переключением пар полюсов отличается высокой экономичностью, поскольку ротор вращается при установив­шейся частоте со скольжением в пределах номинального и ни­каких дополнительных резисторов в цепь двигателя не включа­ется. Серьезный недостаток этого способа — ступенчатость и ограниченное число скоростей.

Рис.5.11. Второй способ переключения трехфазной обмотки, соединенной звез­дой, и

соответствующие механические характеристики асинхронного двигателя

Регулирование частоты вращения изменением частоты тока питающей сети (частотное регулирование).

Этот способ регулирования основан на изменении синхронной частоты вращения n0которая пропорцио­нальна частоте тока в обмотке статора. Для осуществления такого регулирования необходим источник питания с регулируемой частотой токаf. В качестве источника применяются электромагнитные и полупроводниковые преобразователи частоты. Однако необходимо иметь в виду, что одновременно с изменением частоты питающего напряженияfбудет меняться максимальный электромагнитный момент двигателя. Поэтому для сохранения перегрузочной способности, коэффициента мощности и КПД двигателя на требуемом уровне необходимо одновременно с изменением частоты f изменять и напряжение сети U. Если регулирование частоты вращения двигателя производится при условии постоянства нагрузочного момента, то подводимое напряжение необходимо изменять пропорционально изменению частоты тока, так, чтобы их отношение оставалось величиной постоянной:

;

Частотное регулирование позволяет плавно изменять частоту вращения двигателей в широком диапазоне (до 12:1).

Регулирование частоты вращения изменением частоты тока — это самый рациональный и экономичный способ. Основные его достоинства:

— используется м обычный короткозамкнутый двигатель;

— регулирование с точки зрения потерь в двигателе является экономичным;

— достигаются большой диапазон и плавность регулирования;

— сохраняется жесткость механических характеристик, а следовательно и стабильность работы привода;

— рекуперативное торможение может осуществляться почти до полной остановки.

Вместе с тем известно, что частота тока судовой электростанции поддерживается постоянной и для регулирования частоты вращения двигателя требуется отдельный преобразователь частоты тока.

Современный частотно регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты ( рис.5.12.).

Рис.5.12 Частотно регулируемый электропривод

Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой. Название «частотно регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.

На протяжении последних лет наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода на судах, как для решения различных технологических задач, так и в системах электродвижения. Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT.

В синхронном электрическом двигателе частота вращения ротора в установившемся режиме равна частоте вращения магнитного поля статора .

В асинхронном электрическом двигателе частота вращения ротора в установившемся режиме отличается от частоты вращения на величину скольжения .

Частота вращения магнитного поля зависит от частоты напряжения питания. При питании обмотки статора электрического двигателя трехфазным напряжением с частотой создается вращающееся магнитное поле. Скорость вращения этого поля определяется по известной формуле

= ,

где – число пар полюсов статора.

Переход от скорости вращения поля , измеряемой в радианах, к частоте вращения , выраженной в оборотах в минуту, осуществляется по следующей формуле

= ,

где 60 – коэффициент пересчета размерности.

Подставив в это уравнение скорость вращения поля, получим, что  

= .

Таким образом, частота вращения ротора синхронного и асинхронного двигателей зависит от частоты напряжения питания.

На этой зависимости и основан метод частотного регулирования.

Изменяя с помощью преобразователя частоту на входе двигателя, мы регулируем частоту вращения ротора.

В наиболее распространенном частотно регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное частотное управление.

При скалярном управлении по определенному закону изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения.

В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя.

При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются.

Максимальный момент, развиваемый двигателем, определяется следующей зависимостью

= ,

где — постоянный коэффициент.

Поэтому зависимость напряжения питания от частоты определяется характером нагрузки на валу электрического двигателя.

Для постоянного момента нагрузки поддерживается отношение U/f = const, и, по сути, обеспечивается постоянство максимального момента двигателя. Характер зависимости напряжения питания от частоты для случая с постоянным моментом нагрузки изображен на рис. 5.13 (а). Угол наклона прямой на графике зависит от величин момента сопротивления и максимального крутящего момента двигателя.

Вместе с тем на малых частотах, начиная с некоторого значения частоты, максимальный момент двигателя начинает падать. Для компенсации этого и для увеличения пускового момента используется повышение уровня напряжения питания.

В случае вентиляторной нагрузки реализуется зависимость U/f2 = const. Характер зависимости напряжения питания от частоты для этого случая показан на рис.5.13 (б).

Рис.5.13 Характер зависимости напряжения питания от частоты для случая:

а) с постоянным моментом нагрузки

б) с вентиляторноым моментом нагрузки

При регулировании в области малых частот максимальный момент также уменьшается, но для данного типа нагрузки это некритично.

Используя зависимость максимального крутящего момента от напряжения и частоты, можно построить график U от f для любого типа нагрузки.

Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.

Скалярное управление достаточно для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1:40.

Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя.

Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление».

Для управления вектором тока, а, следовательно, положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток.

Менее дорогим является частотно регулируемый электропривод с векторным управлением без датчика обратной связи скорости, однако векторное управление при этом требует большого объема и высокой скорости вычислений от преобразователя частоты.

Кроме того, для непосредственного управления моментом при малых, близких к нулевым скоростям вращения работа частотно регулируемого электропривода без обратной связи по скорости невозможна.

Векторное управление с датчиком обратной связи скорости обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости – сотые доли процента, точность по моменту – единицы процентов.

Преобразователь частоты – это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты в переменный ток (напряжение) другой частоты.

Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и быть как выше, так и ниже частоты питающей сети.

Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).

Преобразователи частоты, применяемые в регулируемом электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой части разделяются на два класса:

1.      Преобразователи частоты с явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.

2.      Преобразователи частоты с непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного тока).

Каждый из существующих классов преобразователей имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального применения каждого из них.

У преобразователей с непосредственной связью (рис. 5.14) силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах. Система управления поочередно отпирает группы тиристотров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети.

Рис. 5.14 Преобразователь частоты с непосредственной связью

Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. На рис.5.15 показан пример формирования выходного напряжения для одной из фаз нагрузки.

Рис.5.15 Формирования выходного напряжения для одной из фаз нагрузки

На входе преобразователя действует трехфазное синусоидальное напряжение uа, uв, uс. Выходное напряжение uвых имеет несинусоидальную «пилообразную» форму, которую условно можно аппроксимировать синусоидой (утолщенная линия). Из рисунка видно, что частота выходного напряжения не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Как следствие малый диапазон управления частоты вращения двигателя (не более 1 : 10). Это ограничение не позволяет применять такие преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров.

Использование не запираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя.

«Резаная» синусоида на выходе преобразователя является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению к.п.д. системы в целом.

Наряду с перечисленными недостатками преобразователей с непосредственной связью, они имеют определенные достоинства. К ним относятся:

—         практически самый высокий КПД относительно других преобразователей (98,5% и выше),

—        способность работать с большими напряжениями и токами, что делает возможным их использование в мощных высоковольтных приводах,

—         относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования.

Подобные схемы преобразователей используются в старых приводах и новые конструкции их практически не разрабатываются.

Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока (рис. 5.16.).

В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе (В), фильтруется фильтром (Ф), сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором (И) в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению к.п.д. и к некоторому ухудшению массогабаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью.

Рис 5.16 Преобразователь частоты с звеном постоянного тока

Для формирования синусоидального переменного напряжения используются автономные инверторы напряжения и автономные инверторы тока.

В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.

Главным достоинством тиристорных преобразователей частоты, как и в схеме с непосредственной связью, является способность работать с большими токами и напряжениями, выдерживая при этом продолжительную нагрузку и импульсные воздействия.

Они имеют более высокий КПД (до 98%) по отношению к преобразователям на IGBT транзисторах (95 – 98%).

Преобразователи частоты на тиристорах в настоящее время занимают доминирующее положение в высоковольтном приводе в диапазоне мощностей от сотен киловатт и до десятков мегаватт с выходным напряжением 3 — 10 кВ и выше. Однако их цена на один кВт выходной мощности самая большая в классе высоковольтных преобразователей.

До недавнего прошлого преобразователи частоты на GTO составляли основную долю и в низковольтном частотно регулируемом приводе. Но с появлением IGBT транзисторов произошел «естественный отбор» и сегодня преобразователи на их базе общепризнанные лидеры в области низковольтного частотно регулируемого привода.

Тиристор является полууправляемым приборам: для его включения достаточно подать короткий импульс на управляющий вывод, но для выключения необходимо либо приложить к нему обратное напряжение, либо снизить коммутируемый ток до нуля. Для этого в тиристорном преобразователе частоты требуется сложная и громоздкая система управления.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT отличают от тиристоров полная управляемость, простая неэнергоемкая система управления, самая высокая рабочая частота

Вследствие этого преобразователи частоты на IGBT позволяют расширить диапазон управления скорости вращения двигателя, повысить быстродействие привода в целом.

Для асинхронного электропривода с векторным управлением преобразователи на IGBT позволяют работать на низких скоростях без датчика обратной связи.

Применение IGBT с более высокой частотой переключения в совокупности с микропроцессорной системой управления в преобразователях частоты снижает уровень высших гармоник, характерных для тиристорных преобразователей. Как следствие меньшие добавочные потери в обмотках и магнитопроводе электродвигателя, уменьшение нагрева электрической машины, снижение пульсаций момента и исключение так называемого «шагания» ротора в области малых частот. Снижаются потери в трансформаторах, конденсаторных батареях, увеличивается их срок службы и изоляции проводов, уменьшаются количество ложных срабатываний устройств защиты и погрешности индукционных измерительных приборов.

Преобразователи на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными преобразователями при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами, массой, повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей, лучшего теплоотвода с поверхности модуля и меньшего количества конструктивных элементов.

Они позволяют реализовать более полную защиту от бросков тока и от перенапряжения, что существенно снижает вероятность отказов и повреждений электропривода.

На настоящий момент низковольтные преобразователи на IGBT имеют более высокую цену на единицу выходной мощности, вследствие относительной сложности производства транзисторных модулей. Однако по соотношению цена/качество, исходя из перечисленных достоинств, они явно выигрывают у тиристорных преобразователей, кроме того, на протяжении последних лет наблюдается неуклонное снижение цен на IGBT модули.

Главным препятствием на пути их использования в высоковольтном приводе с прямым преобразованием частоты и при мощностях выше 1 – 2 МВт на настоящий момент являются технологические ограничения. Увеличение коммутируемого напряжения и рабочего тока приводит к увеличению размеров транзисторного модуля, а также требует более эффективного отвода тепла от кремниевого кристалла.

Новые технологии производства биполярных транзисторов направлены на преодоление этих ограничений, и перспективность применения IGBT очень высока также и в высоковольтном приводе. В настоящее время IGBT транзисторы применяются в высоковольтных преобразователях в виде последовательно соединенных нескольких единичных модулей. 

Типовая схема низковольтного преобразователя частоты на IGBT представлена на рис. 5.17 В нижней части рисунка изображены графики напряжений и токов на выходе каждого элемента преобразователя.

Переменное напряжение питающей сети (uвх.) с постоянной амплитудой и частотой (Uвх = const, fвх = const) поступает на управляемый или неуправляемый выпрямитель (1).

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (uвыпр.) используется фильтр (2). Выпрямитель и емкостный фильтр (2) образуют звено постоянного тока.

С выхода фильтра постоянное напряжение ud поступает на вход автономного импульсного инвертора (3).

Автономный инвертор современных низковольтных преобразователей, как было отмечено, выполняется на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT. На рассматриваемом рисунке изображена схема преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения как получившая наибольшее распространение.

Рис. 5.17 Типовая схема преобразователя частоты на IGBT транзисторах

В инверторе осуществляется преобразование постоянного напряжения udв трехфазное (или однофазное) импульсное напряжение uи изменяемой амплитуды и частоты. По сигналам системы управления каждая обмотка электрического двигателя подсоединяется через соответствующие силовые транзисторы инвертора к положительному и отрицательному полюсам звена постоянного тока. Длительность подключения каждой обмотки в пределах периода следования импульсов модулируется по синусоидальному закону. Наибольшая ширина импульсов обеспечивается в середине полупериода, а к началу и концу полупериода уменьшается. Таким образом, система управления обеспечивает широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, прикладываемого к обмоткам двигателя. Амплитуда и частота напряжения определяются параметрами модулирующей синусоидальной функции.

При высокой несущей частоте ШИМ (2 … 15 кГц) обмотки двигателя вследствие их высокой индуктивности работают как фильтр. Поэтому в них протекают практически синусоидальные токи.

В схемах преобразователей с управляемым выпрямителем (1) изменение амплитуды напряжения uи может достигаться регулированием величины постоянного напряжения ud, а изменение частоты – режимом работы инвертора.

При необходимости на выходе автономного инвертора устанавливается фильтр (4) для сглаживания пульсаций тока. (В схемах преобразователей на IGBT в силу низкого уровня высших гармоник в выходном напряжении потребность в фильтре практически отсутствует.)

Таким образом, на выходе преобразователя частоты формируется трехфазное (или однофазное) переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды (Uвых = var, fвых = var).

УПП и РЧВ | it-solutions-ru

Устройства плавного пуска и регулирования частоты вращения электродвигателя

Устройство плавного (мягкого) пуска

Устройство предназначено для плавного пуска и торможения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а также, при необходимости, и асинхронных двигателей с фазным ротором.

Устройство обеспечивает:

  • плавный пуск двигателя с функцией ограничения пускового тока или пускового момента

  • управляемое торможение двигателя

  • защиту двигателя

  • отображение электрических параметров

  • подключение к системам автоматизации

 

Принцип действия устройства основан на изменении дествующего значения напряжения, поступающего на обмотку статора двигателя. Регулирующим устройством является тиристр (симистр), проводимость которого изменяется в течение периода питающего напряжения в соответствии с управляющим воздействием.

 

 

УПП работает в сетях переменного трехфазного тока с напряжением 380В и частотой 50Гц, с отклонениями, допустимыми для судовой электрической цепи.

Устройства регулирования частоты вращения электропривода

Преобразователь частоты — это устройство, преобразующее входное напряжение 220В/380В частотой 50Гц, в выходное импульсное напряжение посредством ШИМ (широкоимпульсной модуляции), которое формирует в обмотках двигателя синусоидальный ток частотой от 0Гц до 400Гц или даже до 1600Гц. Таким образом, плавно увеличивая частоту и амплитуду напряжения подаваемого на обмотки асинхронного электродвигателя можно обеспечить плавное регулирование скорости вращения вала электродвигателя.

Основные возможности:

  • Преобразователь частоты обеспечивает плавный пуск и остановку двигателя, а также позволяет менять направление вращения двигателя.

  • Преобразователь частоты отображает на цифровом дисплее основные параметры системы: заданную скорость, выходную частоту, ток и напряжение двигателя, выходную мощность, момент, состояние дискретных входов, общее время работы преобразователя и пр.

  • Управление преобразователем частоты можно осуществлять со встроенной/ выносной цифровой панели управления, либо с помощью внешних сигналов. Во втором случае скорость вращения задается аналоговым сигналом 0-10В или 4-20мA, а команды пуска, останова и изменения режимов вращения подаются дискретными сигналами. Можно отображать параметры системы в виде графиков на выносной графической панели управления.

  • Существует возможность управления преобразователем частоты через последовательный интерфейс (RS-232, RS-422 или RS-485) или от внешнего ПЛК с использованием специального протокола (Profibus, Interbus, Device-Net, ModBus и т.д.).

Частотно-регулируемые приводы

Регулируемый асинхронный электропривод или частотно-регулируемый привод состоит из асинхронного электродвигателя и инвертора (преобразователя частоты), который выполняет роль регулятора скорости вращения асинхронного электродвигателя.

Применение частотно-регулируемого электропривода обеспечивает:

  • изменение скорости вращения в ранее нерегулируемых технологических процессах

  • синхронное управление несколькими электродвигателями от одного преобразователя частоты

  • замена приводов постоянного тока, что позволяет снизить расходы, связанные с эксплуатацией

  • создание замкнутых систем асинхронного электропривода с возможностью точного поддержания заданных технологических параметров

  • возможность исключения механических систем регулирования скорости вращения (вариаторов, ременных передач)

  • повышение надежности и долговечности работы оборудования

  • большую точность регулирования скорости движения, оптимальные параметры качества регулирования скорости в составе механизмов, работающих с постоянным моментом нагрузки (конвейеры, загрузочные кулисные механизмы и т.п.).

Экономический эффект

Экономический эффект от внедрения асинхронного электропривода складывается, в частности, из следующих факторов:

  • экономия электроэнергии в насосных, вентиляторных и компрессорных агрегатах до 50% за счет регулирования производительности путем изменения частоты вращения

  • электродвигателя в отличие от регулирования производительности другими способами (дросселирование, включение/отключение, направляющий аппарат)

  • повышение качества продукции

  • увеличение объема выпускаемой продукции и производительности производственного оборудования

  • снижение износа механических звеньев и увеличению срока службы технологического оборудования вследствие улучшения динамики работы электропривода

     

     

     

     

     

     

     

     

     

РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1 Библиотека ЭЛЕКТРОМОНТЕРА Выпуск 469 Л. Б. МАСАНДИЛОВ, В. В. МОСКАЛЕНКО РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВТОРОЕ ИЗДАНИЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ <5г МОСКВА «Э Н Е Р Г И Я» 1978

2 М 31 УДК Si3.07 РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ Андриевский В. Н., Большам Я. М., Зевакин А. И., Каминский Е. А., Ларионов В. П., Мусаэлян Э. С, Розанов С. П., Синьчугов Ф. И., Семенов В. А., Смирнов А. Д.,’ Соколов Б. А., Устинов П, И. BOOKS.PROEKTANT.ORG БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОННЫХ КОПИЙ КНИГ для проектировщиков и технических специалистов Масандилов Л. Б., Москаленко В. В. М 31 Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергия, е., ил. (Б-ка электромонтера; Вып. 469) Первое издание книги вышло в 1968 г. Книга посвящена основным методам регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей. Описаны особенности регулирования при использовании тиристорных преобразователей. Рассмотрены технико-экономические показатели методов регулирования и возможные области применения. к производственному механизму, образуют систему электрического привода. В настоящее время электропривод является основным потребителем вырабатываемой в стране электроэнергии более 60% ее расходуется на его нужды. Электра ч»ская сеть ‘ Электроэнергия Механи Система Электроэнергия Электро энергия ческая зле двига чтротелег* 4,1 двигатель М,п Механическая часть электропривода Мехаиическая Рабочий энергии орган про- — з». изводстёен- Мр 01 ного меха- Пр о низма Рис. 1. Блок-схема системы электропривода. Структурная схема электропривода показана нарис. 1. Основным ее элементом является электрический двигатель, в качестве которого используется двигатель постоянного тока, асинхронный или синхронный. Система управления электродвигателем содержит различные аппараты (контакторы, реле, магнитные и электронные усилители, полупроводниковые устройства и т. д.) и обеспечивает его пуск,- торможение, реверс, регулирование частоты вращения и защиту. Механическая часть привода служит для согласования скоростей движения двигателя и производственного механизма, а также при необходимости для преобразования одного вида движения в другой (например, вращательного в поступательное).5′ при учете которой формула (1) -представляется в виде Pj=M(o. (la) Зависимость вращающего момента двигателя М от частоты вращения его ротора п называется механической характеристикой электродвигателя. Отметим, что понятие’ механической характеристики применимо ко всем типам двигателей, например, паровым, газовым, гидравлическим, внутреннего сгорания, а также любым производственным механизмам. Различают естественную и искусственную характеристики двигателя. Если параметры.питающего напряжения соответствуют паспортным (номинальным).значениям, а в цепях ротора и статора отсутствуют какие-либо добавочные сопротивления, то двигатель имеет так называемую естественную характеристику. Эта характеристика у двигателя одна. Все остальные характеристики, получающиеся при наличии добавочных сопротивлений в обмотках» или отклонении параметров питающих напряжений от их паспортных значений, называются 4

5 искусственными характеристиками. Таких характеристик у двигателя множество. На рис. 2,Й показаны естественные механические характеристики наиболее распространенных типов электродвигателей. Зависимость вида /, представляющая собой прямую горизонтальную линию, является характеристикой синхронного электродвигателя. Характеристика //, также являющаяся ‘прямой линией, но имеющая некоторый наклон, принадлежит двигателю (постоянного тока с независимым возбуждением. Криволинейные характеа) 6) 1 Рис 2 Механические характеристики. а электродвигатели, б рабочие органы производственных механизмов ристики /ТУ и IV относятся соответственно к двигателям постоянного тока с последовательным возбуждением и асинхронному. По аналогии с электродвигателем зависимость между частотой вращения рабочего органа производственного механизма п р 0 и его моментом M vo называется механической характеристикой.производственного механизма На рис. 2,6 в качестве примера показаны механические характеристики «екоторых производственных механизмов: / подъемной лебедки; // вентилятора, компрессора или насоса; /// металлорежущего станка Большое число производственных механизмов в процессе работы требуют регулирования скорости движения рабочих органов. К таким механизмам, «роме названных выше, относятся прокатные станы, транспортеры, экскаваторы, лифты и др. 5

6 Для изменения частоты вращения входного вала производственного механизма, а тем самым и скорости движения его рабочего органа имеются следующие две принципиальные возможности: 1. При постоянной частоте вращения вала двигателя можно изменять передаточное число i механической части, представляющее собой отношение частот вращения валов двигателя и рабочего органа производственного механизма: j=n/n p. 0. Этот способ регулирования, часто называемый механическим, может быть реализован с помощью таких механических устройств, как вариаторы, коробки скоростей и пр. 2. При неизменном передаточном числе i механической части привода можно изменять частоту вращения вала двигателя. Этот способ получил название электрического способа регулирования. Технико-экономичесдое сопоставление обоих способов обнаруживает большие преимущества второго способа, поскольку он более экономичен, обеспечивает большой диапазон и плавность регулирования, позволяет просто автоматизировать производственные процессы. В некоторых случаях применение электрического способа регулирования позволяет упростить или даже исключить механическую передачу, что удешевляет конструкцию и уменьшает размеры и массу электропривода. В силу этих положений в настоящее время, как правило, используется именно этот способ регулирования скорости движения рабочего органа производственного механизма, который мы и рассматриваем в дальнейшем изложении. Следует отметить, что для ряда механизмов (главным образом металлорежущих станков) применяется комбинированное регулирование, когда электрический способ сочетается с механическим. Понятие регулирования частоты вращения при электрическом способе можно дать, воспользовавшись упомянутыми выше механическими характеристиками двигателя и производственного механизма. Рассмотрим для примера вентилятор, который непосредственно, без’ механической передачи приводится во вращение асинхронным электродвигателем. Совместим на одном чертеже (рис. 3) механические характеристики 6

7 двигателя (кривая /) и вентилятора (кривая //). Тогда по известному в теории электропривода.правилу, основанному на втором законе механики Ньютона, точка пересечения этих характеристик А, в которой моменты двигателя и вентилятора равны друг другу, определит частоту вращения п ус ч их установившегося движения. Рассмотрим теперь два возможных случая изменения частоты вращения двигателя и, соответственно, вентилятора. 1. Пусть по каким-то причинам (например, случайно увеличилось трение в подшипниках) момент на валу вентилятора возрос и его механическая характеристика приняла вид штрихпунктирной кривой IV. Тогда двигатель и вентилятор будут вращаться уже с другой установившейся частотой вращения п’ уст, соответствующей новому увеличивающемуся значению момента вентилятора. Можно ли назвать такое изменение ча 3. К понятию регулировачастоты вращения асин Рис. ни я хронного двигателя. стоты вращения.производственного механизма регулированием? Очевидно, нет, так как это даменение.произошло не в результате ‘сознательного воздействия со стороны человека. 2. Рассмотрим теперь другой случай. Предположим, что нам каким-то образом (речь об этом ‘будет подробно -идти ниже) удалось получить новую искусственную характеристику двигателя в виде.кривой *///. Тогда при первоначальной характеристике вентилятора новая установившаяся частота вращения п» ус т двигателя и вентилятора определится точкой А». Можем ли мы такое изменение частоты вращения называть регулированием? Очевидно, да, поскольку оно произошло в результате наших -сознательных, целенаправленных действий. Итак, под электрическим регулированием частоты вращения будем понимать принудительное, сознательное изменение частоты вращения электродвигателя в соответствии с требованиями производственного процесса путем получения нужных искусственных механических характеристик. Регулирование, частоты вращения -элек- 7

8 тродвигателей обычно характеризуется определенными показателями, которые позволяют оценивать качество каждого конкретного способа регулирования, его соответствие условиям работы производственного механизма, а также сопоставлять между собой различные способы. Такими показателями являются: 1. Диапазон регулирования Д частоты вращения электродвигателя, который определяется отношением максимальной частоты вращения к минимальной при заданном моменте нагрузки. 2. Плавность регулирования. Этот показатель характеризуется числом искусственных (регулировочных) характеристик при данном диапазоне регулирования. Чем больше искусственных характеристик внутри диапазона регулирования может ‘быть получено, тем более плавно будет регулироваться частота вращения вала электродвигателя, и наоборот. 3. Направление возможного изменения -частоты вращения определяется расположением получаемых искусственных характеристик относительно естественной характеристики двигателя. Если эти характеристики лежат выше естественной, то говорят о регулировании частоты вращения «вверх», если ниже о регулировании «вниз». 4. Стабильность при работе на искусственных характеристиках характеризуется изменениями частоты вращения двигателя при колебаниях момента нагрузки. Небольшие перепады частоты вращения при возможных колебаниях момента нагрузки характеризуют стабильную работу электропривода на искусственных характеристиках, которые в этом случае часто называют «жесткими» характеристиками. Заметные (значительные) изменения частоты вращения при колебаниях момента нагрузки ‘будут иметь место при «мягких» искусственных характеристиках двигателя, работа на которых будет нестабильной. 5. Экономичность регулирования характеризуется капитальными затратами, связанными с созданием системы электропривода, и потерями электрической энергии, которые имеют место при регулировании частоты вращения. При создании регулируемого электропривода стремятся получить наименьшие капитальные затраты и наименьшие потери энергии при регулировании. 8

9 Экономически выгодным является такой регулируемый электропривод, который удовлетворяет всем техническим требованиям производственного механизма и относительно быстро окупается. Для некоторых механизмов, работающих в повторнократковременном режиме (краны, лифты и др.), большую часть рабочего цикла двигатель работает на естественной характеристике и только относительно небольшое время работает на регулировочной характеристике, обычно на пониженной частоте вращения. В* этом случае потери электроэнергии на регулировочной характеристике, сравнительно невелики, так как невелико время работы на ней. Поэтому здесь можно применять простые и дешевые способы регулирования, даже если они вызывают повышенные потери мощности в обмотках. 6. Допустимая нагрузка двигателя при его работе на регулировочных характеристиках.. Нормальным режимом работы двигателя при различных частотах вращения считается такой, при котором его нагрев не будет превосходить заданного нормативного нагрева, что обеспечивает нормальную эксплуатацию электрической машины в течение определенного времени (обычно лет). Перегрев двигателя резко сокращает срок его службы из-за ‘быстрой порчи изоляции обмоток, а недоиспользование двигателя по нагреву ухудшает его энергетические показатели (к. п. д., соэф). Нагрев двигателя определяется главным образом ‘значением тока, проходящего по обмоткам статора и ротора и вызывающего в них потери энергии, превращающиеся в тепло. Электрическая машина’ рассчитывается так, что. нормативный ее нагрев будет при прохождении по ее обмоткам номинальных токов. Таким образом, при работе двигателя на регулировочных характеристиках он может нести только такую нагрузку (момент), при которой токи -в его статорной и роторной цепях не превосходят номинальных. Эта нагрузка получила название допустимой нагрузки двигателя при его работе на искусственных характеристиках. Основными типами электродвигателей, которые используются для привода производственных механизмов с регулируемой скоростью движения рабочего органа, являются двигатели постоянного тока и асинхронные с короткозамкнутым или фазным ротором. Наиболее просто требуемые искусственные характеристики полу- 9

10 чаются у двигателей постоянного тока, поэтому до недавнего времени они преимущественно и находили применение для регулируемых электроприводов. С другой стороны, асинхронные двигатели, уступая двигателям постоянного тока по возможностям регулирования частоты вращения, по сравнению с последними проще в изготовлении и эксплуатации и имеют относительно меньшие массу, размеры и стоимость. Именно эти отличительные свойства асинхронных двигателей определили их главенствующее использование Б промышленном нерегулируемом электроприводе. Достаточно сказать, что число выпускаемых двигателей постоянного тока составляет лишь 4 5% числа двигателей переменного тока. Последние годы характеризуются уже созданием многих систем регулируемого асинхронного электропривода, не уступающих традиционным электроприводам постоянного тока.. В настоящей работе описываются основные методы регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя. 1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Асинхронный двигатель (рис. 4) состоит из двух основных частей: неподвижной части статора и вращающейся ротора. Статор собирается из листов электротехнической стали. В пазах его размещается обмотка. Статор помещен в корпусе (рис. 4,в). Ротор, собираемый также из листоа электротехнической стали с пазами для размещения обмотки, укрепляется на стальном валу. Вал вращается в подшипниках, установленных в подшипниковых щитах (рис. 4,6). Различают асинхронные двигатели с фазным (рис. 4,д) и корожозамкнутым (рис. 4,г) ротором. Первые имеют на роторе обмотку, аналогичную статорной. Концы обмотки ротора через контактные кольца выводятся наружу. Обмотка короткозамкнутого ротора выполнена в виде беличьей клетки. При подключении к трехфазной сети переменного тока обмотки статора асинхронного двигателя соединяются в звезду (рис. 5,а) или в треугольник (рис. 5,6). Трехфазные токи, проходя по обмоткам, образуют вращающееся магнитное ноле. 10

11 Рассмотрим предварительно магнитное поле, образованное переменным током, проходящим ого одному витку, состоящему из двух проводников, как показано на рис. 6,й. На рис. 6,в изображена синусоида (периодическая кривая, показывающая изменение переменного тока Рис. 4. Асинхронный двигатель. а разрез; б подшипниковые щиты; е статор; г короткозамкнутыи ротор; д ротор с контактными кольцами. во времени). Ток периодически изменяется: в течение полупериода 0 ti направление тока остается тем же, но меняется его величина от нулевого значения до максимального /макс при f и затем вновь до нулевого опри t\\ в течение тюследующего полупериода U t z ток изменяется аналогично предыдущему, но направление меняется на обратное.Р 3 зсикронн о г о двигателя направление поля определя- а_ о б м о т к и с о е д и н е н ы в звезду; ется ПО Правилу буравчи— б обмотки соединены в треугольно 1Л т.~ а с л ик; в соединение в звезду при н КЭ. На рис. 6,6 ИЗобоаЖена рев4 Р се двигателя. 11

12 картина распределения силовых линий магнитного поля в плоскости, перпендикулярной контуру с током. Крестиком обозначено направление тока, втекающего в плоскость чертежа, а точкой направление тока, вытекающего из плоскости чертежа. На рис. 6,6 пунктиром изображен постоянный магнит, который образует примерно такое же магнитное поле, как и контур с током, соответствующим моменту времени f. В момент времени /» (рис. 6,е) магнитное Рис. 6. Образование пульсирующего магнитного поля контуром с током. а контур с током; б магнитное поле контура; е изменение гока в контуре во времени. поле (рис. 6,6) имеет такое же направление, как и для момента, но уменьшается по величине. В последующий полупериод t\ 1 2 направление тока и созданного им магнитного поля изменится на обратное, при этом направление стрелок на рис. 6,а и б и расположение полюсов постоянного магнита следует изменить на противоположное. Следовательно, направление и индукция магнитного поля, образованного витком (рис. 6,а), периодически изменяются. Такое магнитное поле называется пульсирующим. Рассмотрим далее магнитное поле, образованное обмотками статора, подключенными к трехфазной сети переменного тока. На рис. 7,6 представлена простейшая обмотка статора трехфазного асинхронного двигателя, в которой каждая фаза состоит из одного витка. Плоскости витков сдвинуты относительно друг друга на 120, или на ‘/з окружности. В фазах обмотки проходят переменные токи… Следовательно, ток каждой фазы образует пульсирующее магнитное поле. Значения токов в фазных 12

13 обмотках в каждый момент времени разные,.потому что переменные токи разных фаз сдвинуты по времени на третью часть периода, как показано на рис. 7,а. Это означает, что если период тока равен Г, то вначале достигает максимального значения ток фазы А, через отрезок времени Г/3 ток фазы В, далее через Г/3 ток фазы С, затем ток фазы Л и т. д. Токи считаются положительными, когда они в началах фаз (проводники Л н, В и, С н ) вытекают из плоскости Рис. 7. Образование вращающегося магнитного поля трехфазным током. о. изменение фазных токов во времени; б магнитное поле в разные моменты времени. 13

14 чертежа, что на рис. 7,6 обозначено точками, а отрицательный ток втекает в плоскость чертежа и обозначается крестиком. В момент времени t\ ток фазы А имеет наибольшее значение и положителен, а в фазах В и С токи отрицательны. Этому положению соответствует верхняя схема на рис. 7,6, из которой видно, что создаются две зоны токов противоположного направления. Применяя правило буравчика, можно прийти,к заключению, что силовые линии магнитного поля, создаваемого токами всех фаз, распределены так же, как распределилось бы магнитное поле, созданное постоянным магнитом, изображенным на этом рисунке пунктиром. В момент времени ti «ток фазы В достигает наибольшего положительного значения, а в фазах А и С токи отрицательны. Этому положению соответствует вторая сверху схема. И в этом случае образуются две зоны токов противоположного направления. Эти зоны токов создают магнитное поле такое же, как на первой схеме, но повернутое на треть окружности по часовой стрелке. На двух нижних схемах на рис. 7,6 представлены картины распределения магнитного поля, создаваемого токами обмоток статора в моменты времени 4 и tt. На последней, ‘нижней схеме, соответствующей моменту времени 4> распределение магнитного поля такое, как и в момент времени t\. Это значит, что за период частоты тока магнитное поле поворачивается на 360. Такое магнитное поле называется вращающимся. Оно аналогично магнитному полю, создаваемому вращающимся по часовой стрелке постоянным магнитом, изображенным на рис. 7,6 пунктиром. Если поменять чередование двух фаз обмотки статора, т. е. если подключить к сети статорные обмотки по схеме на рис. 5,в, а не по схеме на рис. 5,а, то направление вращейия магнитного поля изменится на противоположное. Поэтому и направление вращения двигателя изменится на обратное. Пересоединение двух фаз статора по схеме на рис. 5,е позволяет осуществить реверсирование двигателя. Направление магнитного поля непрерывно изменяется. В момент времени, когда ток в фазе достигает наибольшего значения, направление результирующего магнитного поля совпадает с осью данной фазы. Так, когда ток достигает максимального значения в фазе А в момент времени t\, результирующее магнитное поле совпа- 14

15 ает с осью фазы А, в момент t 2 ток максимален в фазе В и магнитное поле совпадает с осью фазы В и т. д. Допустим, что все проводники, изображенные на пис 7,6, располагаются не на всей окружности статора, а на некоторой части ее, как показано на рис. 8,с. Однако и в этом случае направление результирующего магнитного поля совпадает с осью той фазы, в которой ток в данный момент достигает наибольшего значения. По- а) б) Рис. 8. К принципу образования многополюсного магнитного поля. а распределение фазных обмоток на части окружности статора; б распояилыйяе проводников одной фазы четырехполюсного двигзтеля; е магнитное ~ поле четырехполюсного двигателя. этому за один период частоты тока магнитное поле повернется не на полный оборот, а на угол, соответствующий расположению проводников на рис. 8,а. Этот принцип используется для создания обмоток асинхронного двигателя с числом пар полюсов, большим единицы. На рис. 8,6 представлена простейшая обмотка одной фазы статора четырехполюсного асинхронного двигателя, а на рис. 8,е изображена картина распределения магнитного поля, создаваемого в какой-то момент времени токами фазных обмоток статора этого двигателя. В каждый момент времени магнитное поле двигателя аналогично полю, создаваемому постоянным магнитом, изображенным на рис. 8,в пунктиром. Так.как этот магнит имеет четыре полюса, то соответствующее магнитное поле называется четырехполюсным. Расположение проводников статора четырехполюсного асинхронного двигателя, изображенного на рис’ 8,е, одинаково по обе стороны от прямой 00. Каждая половина статора состоит из трех фаз, создающих магнитное поле. Поэтому за один период частоты сети магнитное поле перемещается’ 15

16 на 1 /2 окружности., (2) где f частота тока, Гц; р число пар полюсов; юо угловая скорость вращения магнитного поля, рад/с; «о частота вращения магнитного поля, об/мин. Стандартная частота тока, применяемого для промышленных целей, в СССР равна 50 Гц. Поэтому я/ 314, П = ИЛ»ш = — =. (6) QV 0 р р р Ниже приведены частоты вращения магнитного поля при частоте сети 50 Гц и разных числах пар полюсов: Число пар полюсов п 0, об/мин <о 0, рад/с ,6 78,5 62,8 52,3 39,25 31,4 После описания вращающегося поля можно пояснить принцип действия трехфазных асинхронных двигателей. Пусть неподвижный асинхронный двигатель подключается к сети переменного тока. Возникающее вращающееся магнитное поле, пересекая обмотки ротора, наводит в них электродвижущие силы (э. д. с). Это явление объясняется известным положением, согласно которому в проводнике, движущемся относительно магнитного поля, возникает э. д. с. Под действием этой э. д. с. в обмотках ротора проходят токи, значения которых определяются э. д. с. и сопротивлениями обмоток ротора. Взаимодействие тока в проводниках ротора и вращающегося магнитного потока вызывает появление вращающего момента, приложенного к ротору. Если этот момент превышает момент сопротивления механизма, ротор начинает вращаться. Интересно выяснить, в какую сторону будет вращаться ротор по направлению вращения поля или наоборот. Для ответа на этот вопрос надо вспомнить физический закон Ленца, согласно которому при всяком изменении магнитного поля в проводниках возникают токи, препятствующие этому изменению. В асинхронном двигателе при возникновении вра- 16

17 щающегося поля появятся токи в роторе, ослабляющие действие вращающегося поля. В соответствии с этим ротор должен вращаться по направлению поля, что приведет к уменьшению относительной скорости ротора и поля. Для ее оценки ‘пользуются понятием «скольжение»: где п частота вращения ротора; со угловая скорость ротора. Из выражения (4) следуют соотношения /г=/г 0 (1 s) и со=со 0 (1 s), (5) позволяющие по известному скольжению определить соответствующую частоту вращения и угловую скорость. Асинхронный двигатель использует вырабатываемую им механическую энергию для привода производственного механизма, например крана, станка, вентилятора и т. д. При работе механизма ему необходимо передать определенное количество энергии. Работа, совершенная в единицу времени, называется ‘мощностью, которая определяется по формуле (1). Таким образом, для обеспечения нормальной работы производственного механизма к его входному валу необходимо приложить вращающий момент М при заданной частоте вращения п, что и осуществляется приводным электродвигателем. Как уже было сказано, зависимость вращающего момента от частоты вращения (уголовой скорости) ротора называется механической характеристикой электрического двигателя. На рис. 9,а изображена механическая характеристика асинхронного двигателя. Остановимся подробнее на механической характеристике асинхронного двигателя. При подключении асинхронного двигателя к сети возникающее вращающееся поле-взаимодействует с током ротора, определяя появление вращающего момента. Вращающий момент электрической машины часто называют электромагнитным моментом. Электромагнитный момент, развиваемый асинхронным дв’игателем, при частоте вращения, равной нулю, называется пусковым и обозначается М п (рис. 9,а). Если статический момент механизма М с больше пускового момента двигателя Мц двигатель не сможет разогнаться. Если же пусковой момент двигателя больше

18 статического М с, то ротор двигателя будет ускоряться, а частота вращения двигателя увеличивается. При изменении частоты вращения ротора изменяется скорость пересечения проводников ротора магнитным полем двигателя. В результате этого изменяются токи в обмотках асинхронного двигателя, вызывая соответствующее изменение электромагнитного момента двигателя. Следовательно, разница между электромагнитным моментом двигателя и статическим моментом механизма с изменением частоты вращения также изменяется. При определенной частоте вращения эти моменты оказываются одинаковыми, при этом частота вращения системы двигатель механизм устанавливается постоянной и соответствует точке А на рис. 9,а. Из изложенного ясно, что установившаяся частота вращения асинхронного двигателя зависит от нагрузки на его валу, т. е. от статического момента. При синхронной частоте вращения ротора момент, развиваемый асинхронным двигателем, равен нулю. Поэтому двигатель не может нести никакой нагрузки при синхронной скорости, а может быть нагружен только при «несинхронной» скорости, что, кстати говоря, и определило само название асинхронного двигателя. Чем больше скольжение, т. е. чем выше относительная скорость пересечения магнитным полем проводника ротора, тем больше и величина э. д. с. ротора. При синхронной частоте вращения проводники движутся с одинаковой скоростью с полем и не пересекаются им. Поэтому э. д. с. в роторе равна нулю, равен нулю и ток в роторе, а следовательно, отсутствует и вращающий момент. На рис. 9,а буквой N обозначена точка механической характеристики, соответствующая номинальному режиму работы асинхронного двигателя. При этом двигатель, развивая номинальный»~момент М и, вращается с номинальной частотой вращения. По обмоткам.проходит номинальный- ток. Номинальный режим работы характеризуется тем, что двигатель в этом режиме может работать длительно. При этом номинальные токи определяют нагрев обмоток до температуры, несколько меньшей, чем допустимая температура для данного класса изоляции обмоток. Если к двигателю приложен статический момент, больший номинального, то длительная работа в таком 18

19 режиме невозможна, так как в этом случае ток в обмотках больше номинального, что приведет к порче изоляции из-за /Повышенного нагрева обмоток и выходу двигателя из строя. Однако кратковременно двигатель может развивать момент, больший номинального, и это не приведет к выходу двигателя из строя. Максимальный момент, развиваемый двигателем, называется критическим и обозначается Мк, как показано на рис. 9,а. Частота вращения двигателя, соответствующая этому моменту, равна: n K tio(l s K ), где s K так называемое критическое скольжение. Если статический момент больше критического, то двигатель начнет тормозиться и остановится. Отношение критического момента к номинальному называется перегрузочной способностью асинхронного двигателя: М к Перегрузочная способность выражает свойства двигателя выдерживать кратковременные перегрузки по моменту нагрузки. Для ‘большинства асинхронных двигателей Я,=1,7-ь-2,2. Специальные, например жрановые, двигатели имеют перегрузочную способность до 3. Асинхронный двигатель обычно работает на участке механической характеристики от синхронной частоты вращения до частоты вращения п к, соответствующей критическому моменту. Этот участок характеристики часто называется поэтому рабочим. На рис. 9,6 изображены две механические характеристики асинхронных двигателей. Характеристика а отличается незначительным изменением частоты вращения лри изменении момента на рабочем участке характеристики. Такие характеристики называются жесткими. Характеристика б отличается значительным изменением частоты вращения при изменении момента и называется мягкой. Если к валу двигателя приложен статический момент М с \, то на характеристике а этому моменту Соответствует частота вращения /г а ь а на характеристике б частота вращения «бь При изменении статического момента до М с2 частота вращения двигателя изменится по характеристикам а и б до величин соответственно п а2 и «62- Изменение частоты вращения по харак- 2* 19

20 теристике б {п 2 «6i) значительно больше, чем ло характеристике а (п а г ttai). с рекуперацией \ П К = П<1{1-$ К ) -V- Двигательный режим \ N М С М, Режим \ противабклнзчения I ) S=0S H S K Рис. 9. Характеристики асинхронного двигателя. о общий вид механической характеристики; б к понятию жесткости механической характеристики; в зависимости токов ротора, статора и момента от скольжения. 20

21 Для более детального анализа свойств асинхронного двигателя необходимо получить определенные количественные соотношения, которые характеризуют его работу. С этой целью рассмотрим вначале более подробно некоторые физические особенности его работы. Допустим, что асинхронный двигатель подключен к сети и работает в установившемся режиме с постоянной частотой вращения, преодолевая момент сопротивления М с. При Рис. 10. Магнитные поля в асинхронной машине. а для статорного контура с током; б для роторного контура с током, в результирующее магнитное поле контуров с токами статора и ротора. этом в обмотках статора ч ротора проходят соответствующие токи,.которые образуют магнитные поля в машине. В асинхронной машине различают три магнитных поля: поле рассеяния статора, поле рассеяния ротора и главное (или результирующее) поле. На рис. 10 показаны картины распределения силовых линий контура с током, расположенного в пазах статора (рис. 10,а), контура с током, расположенного в пазах ротора (рис. Ю,б), и обоих этих контуров (рис. 10,е). Магнитное поле каждого отдельного контура, показанного на рис. 10, аналогично магнитному тюлю контура, изображенного на рис. 6. Однако важно отметить одно обстоятельство для контуров асинхронной машины, показанных на рис. 10, а именно: часть силовых линий магнитного поля, обозначенных пунктирными линиями, не пересекает воздушный зазор между статором и ротором и связана с проводниками только одной обмотки статора или ротора; другая часть силовых линий, обозначенных сплошными линиями, пересекает воздушный зазор и связана с проводниками обеих обмоток. Магнитное поле, связанное с одной обмоткой и создаваемое током только этой обмотки, называется полем Рассеяния. Магнитное поле, связанное с обеими обмот- 21

22 ками и создаваемое токами этих обмоток, называют главным полем. Из физики известно, что если по катушке индуктивности протекает переменный ток, в ней наводится э. д. с. самоиндукции. В соответствии с этим в обмотке статора возникают две э. д. с: от поля рассеяния статора е а \ и от главного поля е Г ль Аналогично в обмотке ротора также возникают две э. д. с: от поля рассеяния ротора е& и от главного тюля е ТП 2- Рис. 11. К понятию схемы замещения асинхронной машины. Приведенные соображения -.позволяют для расчета токов в обмотках асинхронной машины использовать схему, приведенную на рис. 11, в которую включены все указанные э. д. с. и дополнительно активные сопротивления’фазных обмоток статора г\ и ротора г 2, а также фазное напряжение t/ф сети. Следует отметить, что использование для расчетов схемы на рис. 11 затруднительно по следующим соображениям. 22

23 Во-первых, обычно ЧИсло витков обмоток статора и ротора неодинаково. (8a) где / так называемый намагничивающий ток, который определяет главное магнитное поле машины. Из сказанного выше (см. рис. 10, в) следует, что ток / характеризует совместное действие токов h статора и /’г ротора в создании главного поля; Xo=2nfiL 0 соответствующее частоте сети индуктивное сопротивление, характеризующее главное поле. Отметим, что индуктивность L c определяется нараметрами обмотки, в частности ее числом витков. Поскольку выше было принято, что число витков ротора приведено к числу витков статора, то в (8) и (8а) взяты одинаковые значения L 0. Из (8) и (8а) вытекает важное соотношение E’2=E ls, (9) из которого следует, что э. д. с. ротора от главного поля пропорциональна э. д. с. статора и скольжению асинхронной машины. На рис. 11,6 приведены эквивалентные схемы для цепей статора и ротора, соответствующие рис. 11,с с учетом полученных выражений для э. д. с. Эквивалентные схемы, приведенные н? рис. 11, н& нашли распространения в теорий электрических машин из-за сложностей расчетов при их использовании. Широкое распространение.получили так называемые схемы замещения. Схемы замещения это электрические схемы, которые описываются такими же уравнениями (на основании законов Кирхгофа для электрических цепей), как и схемы обмоток реальной электрической машины. По всем ветвям этой схемы проходят токи одинаковой частоты, обычно равной частоте питающей сети. Используя схему на рис. 11,6, получаем схему замещения асинхронной машины. Предварительно отметим,. что при работе асинхронной машины со статора на ротор передается через воздушный зазор с помощью элек- 24

25 геомагнитного поля так называемая электромагнитная мощность: Р аи =Мщ, (Ю) j-де М электромагнитный момент машины; со 0 угловая скорость магнитного поля. Часть этой мощности передается на вал ротора в виде механической мощности [см. формулу (1а)], а остальная часть выделяется в виде потерь в активных сопротивлениях всех трех фаз роторной цепи. Эти потери, называемые электрическими, равны: A/W^3(/’ 2 )V 2.mo 0 Мо = УИ(со в ш) =Mu e s. (12) Полученное выражение (12) позволяет определить момент асинхронной машины, если известны электрические потери в роторе и скольжение. Эквивалентная схема на рис. 11,6 не учитывает факт преобразования в асинхронной машине электрической энергии в механическую. В искомой электрической схеме замещения он обязательно должен учитываться. Однако, поскольку в электрической схеме затруднительно отразить преобразование электрической энергии в механическую, можно- в цепь ротора включить некоторое дополнительное (фактически несуществующее) активное сопротивление, в котором будут выделяться потери, равные механической мощности. При этом в цепи ротора общие электрические потери должны равняться электромагнитной мощности. Новое активное сопротивление R’ экв в цепи ротора следует.выбрать таким образом, чтобы ток в роторе равнялся реальному току. Этот ток согласно (12).,равен: 8 В соответствии со сказанным электрические потери сопротивлении R’SKH роторной цеп* ДР м,«= 3(/’.a- ( 2 0 a» Выражение,(18) называется формулой Клосса, а выражение (18а) упрощенной формулой Клосса. Эти формулы часто применяются при анализе свойств асинхронного двигателя, потому что они записаны в форме,, удобной для запоминания. Формулы вида (17), (18) и (18а), определяющие зависимость момента асинхронного двигателя от скольжения, представляют собой по существу выражения для механической характеристики асинхронного двигателя, потому что его скольжение согласуй, (5) однозначно связано с частотой вращения. Для регулирования частоты враще; асинхронного двигателя необходимо изменять зависимость его момента от частоты вращения или, что то же самое, от скольжения. В соответствии с формулой (17) этого можно достигнуть, изменяя следующие величины: фазное напряжение Оф, сопротивление ротора г\ и статора г и угловую скорость н»о магнитного поля и т. д. рассмотрим один из важнейших вопросов о потерях в асинхронной машине при регулировании частоты ее вращения, а конкретные виды регулирования частоты вращения ротора будут проанализированы в дальнейшем. Электрический ток, проходя по проводнику, нагревает.его. Количество тепла, выделяемое при этом, пропорционально значению активного сопротивления и квадрату тока. Такие потери называются электрическими. В асинхронной машине различают электрические потери в статоре ДР вль в роторе ДР ЭЛ 2, а также магнитные по- 28

29 тери, называемые потерями в стали. Из-за наличия трения в подшипниках и потерь на вентиляцию имеют место механические потери. В асинхронных машинах возникают еще и некоторые другие потери, которые оказывают на работу машины меньшее влияние, чем названные выше. Электрические.потери, как указывалось выше, определяются квадратом тока, проходящего по обмоткам. Они в сильной степени определяются нагрузкой асинхронного двигателя. Все другие виды потерь, кроме электрических, изменяются с нагрузкой менее существенно. Поэтому рассмотрим, как изменяются электрические потери асинхронного двигателя при регулировании частоты вращения. Электрические потери в статоре асинхронного двигателя примерно пропорциональны электрическим потерям в роторе, которые мы кратко рассмотрим. Электрические потери в роторной цепи согласно (11) можно записать в виде где R r 2n приведенное к цепи статора дополнительное активное сопротивление в цепи ротора. Электрические потери непосредственно в обмотке ротора выделяются в виде тепла внутри машины и потому определяют ее нагрев. Электрические потери в дополнительных активных сопротивлениях роторной цепи выделяются вне машины и не определяют ее нагрев, но также тратятся бесполезно. Очевидно, чем больше электрические потери в цепи ротора, тем меньше к. п. д. двигателя, тем менее экономична его работа. Учитывая, что потери в статоре примерно пропорциональны потерям в роторе, еще более понятно стремление уменьшить электрические потери в роторе. Очевидно также, что тот способ регулирования частоты вращения двигателя является экономичным, при котором электрические потери в роторе относительно невелики. Из изложенного выше и из анализа выражения (12) следует, что электрические потери пропорциональны Разности частот вращения магнитного поля и ротора двигателя или, что то же самое, пропорциональны скольже- 29

30 30 нию. машина может работать в генераторных режимах; кога а н а в а л ротора поступает механическая энергия и преобразуется с помощью магнитного поля в электрическую- Генераторные режимы бывают разные: с рекупераи иеи (возвращением) энергии в сеть, режимы противов ключен ия и динамического торможения. В генераторное режиме с рекуперацией асинхронная машина в схемах н а рис. 5 работает при частоте вращения- ротора двига-г еля > п Р е » вышающей синхронную. В этом режиме тфоис*од ит,п Р е » образование механической энергии, поступающей с в а л а, в электрическую энергию, отдаваемую за вы а е т о м п о » терь в сеть переменного тока. Режим противоб ключения имеет место при отрицательных частотах врап1 ения д в и » гателя, т. е. в этом случае ротор вращается # сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля. Такой режим имеет место, например,’ пр и спуске тяжелого груза подъемным механизмом. Двигат ель включен при этом для движения в направлении под ъема 1 н о так как в роторную цепь его включено больи* ое сопротивление, нужные для уравновешивания груза т о к и момент двигатель развивает лишь при вращении в направ-

31 лении спуска, т. е. при скольжении, большем единицы, При таком режиме двигатель потребляет электричеокук энергию из сети и механическую с вала за счет изменения потенциальной энергии при спуске груза. И та и другая части энергии выделяются в виде тепла в цепи ротора, главным образом в’ добавочных сопротивлениях. Механическая характеристика, соответствующая спуску при торможения противовключением, «оказана на рис. 9,а.пунктиром. Рис. 13. Схема соединения (а) и механическая характеристика асинхронного двигателя при динамическом торможении. Рис. 14. Включение дополнительных активных сопротивлений в цепи статора (а) и ротора (б) асинхронного двигателя. (б) На рис. 9,а показано, что одна и та же механическая характеристика может соответствовать на.разных участках различным режимам работы асинхронного двигателя: в первом квадранте эта характеристика.соответствует двигательному режиму работы, во втором квадранте от синхронной частоты вращения и выше генераторному режиму с рекуперацией энергии в сеть, в четвертом квадранте горотивовключению. На рис. \2>,а представлена схема включения двигателя при динамическом торможении. Обмотки статора при этом подключаются к сети постоянного тока. На рис. 13,6 изображена механическая характеристика асинхронной Машины при динамическом торможении. Режим динамического торможения используется, для быстрого торможения, а также для регулирования скорости спуска тяжелого груза подъемным механизмом. Характеристика Ори этом расположена в четвертом квадранте. 31

32 2. РЕОСТАТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ Одним из наиболее простых способов регулирования частоты вращения асинхронных двигателей является реостатное регулирование, т. е. регулирование введением дополнительных активных сопротивлений в цепи обмоток двигателя. Принципиально реостатное регулирование может быть осуществлено введением активного сопротивления в статорные (рис. 14,а) или 1/7 *?'< *Г в роторные (рис. 14,6) цепи. Однако практически для ) 2 целей регулирования частоты вращения преимущественно применяются допол *!7*t a y*}y нительные сопротивления роторной цепи по схеме на рис. 14,6. Это связано с тем, что схеме на рис. 14,а свойственны следующие суще 1 и ственные недостатки. На рис. 15 представлены / м механические характеристики асинхронного двигателя, Рис. 15. Механические характеристики при различных допол значений дополнительных построенные для различных нительных активных сопротивлениях в статорной цепи. статорной цепи. Из них вид активных сопротивлений но, что с увеличением сопротивления критический момент двигателя уменьшается. Это определяется тем, что с увеличением дополнительного сопротивления падение напряжения на нем увеличивается, что приводит к уменьшению напряжения на зажимах двигателя и в конечном счете к уменьшению момента. Заметим, что уменьшение критического момента нежелательно, так как оно ведет к уменьшению перегрузочной способности двигателя. Так как устойчивая работа двигателя при постоянном моменте нагрузки возможна только в пределах критического момента, снижаемого введением в статорную цепь сопротивлений, то диапазон регулирования при таком способе невелик. Так, например, введение дополнительного сопротивления R( iv h, уменьшающего критический момент приблизительно вдвое, снижает частоту 32

Как регулируют скорость вращения асинхронных двигателей

В настоящее время абсолютное большинство электрических машин, предназначенных для преобразования электроэнергии в механическую движущую силу, представляют асинхронные электродвигатели (машины). Причиной этого является простота их устройства, обуславливающая дешевизну изготовления, надёжность в процессе эксплуатации и лёгкость выполнения ремонтных работ.

 

 

Асинхронные электродвигатели

 

Асинхронный электродвигатель представляет собой двигатель, работающий на переменном токе. Его важнейшей особенностью является асинхронность – то есть несовпадение частот вращения магнитного поля и частот вращения ротора. Величина несовпадения или разница скоростей вращения носит название «скольжения», которая измеряется в относительных единицах или процентах.

 

Конструктивно асинхронные машины подразделяются на две основные модификации:

 

  • Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором («беличьей клеткой»). Именно они, вследствие целого ряда существенных преимуществ (стабильность скорости при переменных нагрузках; устойчивость работы под воздействием перегрузок, носящих кратковременный характер; простота запуска и отсутствие сложных элементов автоматизации; повышенные, в сравнении с фазным аналогом характеристики в виде КПД и cos?), являются основой современных электроприводов, по праву завоевавших львиную долю рынка.
  • Асинхронные электродвигатели с фазным ротором (контактными кольцами, позволяющими посредством внешнего воздействия со стороны регулирующей цепи, воздействовать на скорость движения ротора). Подобного рода машины нашли своё применение в грузоподъёмных механизмах, благодаря улучшенным (по сравнению с короткозамкнутыми двигателями) пуска-регулирующим свойствам.
  • Существуют также трёхфазные асинхронные коллекторные двигатели, получающие питание со стороны ротора (двигатели Шраге-Рихтера), но в силу сложности изготовления щёточно-коллекторной группы, они не получили должного распространения и сегодня представляют ценность лишь в теоретическом плане.

 

 

 

Способы регулирования

 

Понятно, что в процессе эксплуатации все вышеназванные устройства требуют автоматического или ручного регулирования скорости вращения ротора. Это нужно для создания оптимального режима работы электроприводов, позволяющего обеспечить:

 

  • технологические требования выполняемого процесса,
  • необходимую производительность,
  • экономию энергоресурсов и материалов,
  • снижение шумовых воздействий,
  • безопасность работы оборудования.

 

Выполняется поставленная задача – регулирование скорости, с помощью нескольких способов:

 

  • Изменение величины питающего напряжения (справедливо для 1-ой и 2-ой модификаций асинхронных электродвигателей).
  • Переключения числа пар полюсов (1-ая модификация).
  • Частотное регулирование посредством использования преобразователей частоты (1-ая).
  • С помощью установки асинхронно-вентильного каскада (2-ая).
  • Методом двойного питания (2-ая).
  • Введением в цепь ротора добавочного сопротивления (2-ая).

 

Можно конечно менять частоту вращения привода с помощью механических устройств (кинематических передаточных систем, типа редукторов, шкивов, ремней и тому подобных приспособлений), но это значительно повышает громоздкость конструкции, и снижает уровень удобства во время эксплуатации.

 

 

Преобразователи частоты

 

На сегодня самым распространённым и высокоэффективным способом регулирования скорости асинхронных электродвигателей – как в трёхфазном, так и в однофазном варианте – является использование преобразователей частоты. Только этот способ позволяет обеспечить высокоинтеллектуальное управление в широком диапазоне скоростей при должном уровне защиты и достаточно удобном мониторинге контролируемых происходящих процессов.

 

 

 

Ступенчатое регулирование — частота — вращение

Ступенчатое регулирование — частота — вращение

Cтраница 2


Переключение числа пар полюсов асинхронных электродвигателей обеспечивает ступенчатое регулирование частоты вращения, жесткие механические характеристики и отличается экономичностью.  [17]

Двигатели предназначены для привода механизмов, требующих ступенчатого регулирования частоты вращения.  [18]

Многоскоростные электродвигатели предназначены для привода механизмов со ступенчатым регулированием частоты вращения и не имеют твердой шкалы мощностей.  [20]

Многоскоростные электродвигатели предназначены для привода механизмов со ступенчатым регулированием частоты вращения и не имеют твердой шкалы мощностей. Схемы включения многоскоростных электродвигателей приведены на рис. 2.19. Цифры под каждой схемой означают число полюсов обмотки статора, которое соответствует данной схеме и определяет синхронную частоту вращения двигателя.  [22]

Данные двигатели предназначены для привода механизмов, требующих ступенчатого регулирования частоты вращения. Основные технические данные многоскоростных электродвигателей приведены в табл. 2.71. Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателей соответствуют односкоростным двигателям, на базе которых они спроектированы.  [23]

Данные двигатели применяются для привода механизмов, требующих ступенчатого регулирования частоты вращения.  [24]

В большинстве станков в качестве привода главного движения и подач применяют коробки передач со ступенчатым регулированием частот вращения, соединенные с асинхронным электродвигателем. Коробки скоростей и подач служат для расширения диапазона частот вращения шпинделя или ходового вала при заданной частоте вращения.  [25]

Расчеты и практика эксплуатации показывают, что при числе АВО в системе воздушного охлаждения больше четырех по экономической эффективности к бесступенчатому регулированию приближается ступенчатое регулирование частоты вращения двигателя и регулирование отключением вентиляторов и поверхностей теплообмена. Для надежной работы конструкция жалюзи должна быть прочной с жесткими кинематическими связями привода и строгой ориентацией их по ходу охлаждающего воздуха.  [26]

При выборе числа агрегатов в необходимых случаях следует выяснить возможность и рентабельность регулирования частоты вращения центробежных насосов при помощи гидромуфт, электромагнитных муфт, применения тиристорных преобразователей частоты ( ТПЧ) асинхронных двигателей переменного трехфазного тока или установки электродвигателей со ступенчатым регулированием частоты вращения.  [27]

В комплект оборудования большой единичной мощности подготовительного цеха входит оборудование поточно-автоматических линий приготовления резиновых смесей, основу которых составляют резиносмесители с объемом камеры 0 33 м3 ( РС-330) и 0 65 м3 ( РС-650), оснащенные приводами, обеспечивающими плавное или ступенчатое регулирование частоты вращения роторов.  [29]

Обеспечивает ступенчатое регулирование частоты вращения двигателя.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

Частотно регулируемый привод

В асинхронных электрических двигателях возникает необходимость регулировки частоты вращения ротора. С этой целью используется частотно-регулируемый привод, основным элементом которого является частотный преобразователь. В его конструкцию входит мост постоянного тока, он же – выпрямитель, преобразующий промышленный переменный ток в постоянный. Другая важная деталь – инвертор, выполняющий обратное преобразование постоянного тока в переменный с необходимой частотой и амплитудой.

Принцип работы частотно регулируемого привода

Асинхронные двигатели широко применяются в промышленности и на транспорте, являясь основной движущей силой узлов, машин и механизмов. Они отличаются высокой надежностью и сравнительно легко поддаются ремонту.

Однако данные устройства могут вращаться только на одной частоте, которую имеет питающая сеть переменного тока. Для работы в различных диапазонах используются специальные устройства – частотные преобразователи, выполняющие регулировку частот до требуемых параметров.

Работа преобразователей тесно связана с принципом действия асинхронного двигателя. Его статор состоит из трех обмоток к каждой из которых подведен электрический ток, создающий переменное магнитное поле. Под действием этого поля в роторе индуцируется ток, который также приводит к возникновению магнитного поля. В результате взаимодействия полей статора и ротора, начинается вращение ротора.

Когда асинхронный двигатель запускается, происходит значительное потребление тока от питающей сети. Из-за этого привод механизма испытывает значительную перегрузку. Наблюдается скачкообразное стремление двигателя достичь номинальных оборотов. В результате, снижается срок службы не только самого агрегата, но и тех устройств, которые он приводит в действие.

Данная проблема успешно решается путем использования частотно регулируемого привода, позволяющего изменять частоту напряжения, питающего двигатель. Применение современных электронных компонентов делает эти устройства малогабаритными и высокоэффективными.

Принцип работы частотного преобразователя достаточно простой. Вначале осуществляется подача сетевого напряжения к выпрямителю, где происходит его трансформация в постоянный ток. Затем он сглаживается конденсаторами и поступает на транзисторный преобразователь. Его транзисторы в открытом состоянии обладают крайне малым сопротивлением. Их открытие и закрытие происходит в определенное время при помощи электронного управления. Происходит формирование напряжения, аналогичного трехфазному, когда фазы смещаются относительно друг друга. Импульсы имеют прямоугольную форму, однако это совершенно не влияет на работу двигателя.

Частотные преобразователи имеют большое значение при работе трехфазного электродвигателя в однофазной сети. При такой схеме подключения необходимо использование фазосдвигающего конденсатора для создания вращающего момента. Эффективность агрегата заметно падает, однако частотный преобразователь увеличить его производительность.

Таким образом, применение частотно регулируемого электропривода делает управление трехфазными двигателями переменного тока более эффективным. В результате, улучшаются производственные технологические процессы, а энергоресурсы используются более рационально.

Преимущества и недостатки устройств регулировки частоты

Данные регулировочные устройства обладают несомненными достоинствами и дают высокий экономический эффект. Они отличаются высокой точностью регулировок, обеспечивают пусковой момент равный максимальному. При необходимости электродвигатель может работать с неполной нагрузкой, что позволяет существенно экономить электроэнергию. Регулировщики частоты заметно продлевают срок эксплуатации оборудования. При плавном пуске двигателя, его износ становится намного меньше.

Частотно регулируемый привод поддается удаленной диагностике по промышленной сети. Это позволяет вести учет отработанных моточасов, распознавать выпадающие фазы во входных и выходных цепях, а также выявлять другие дефекты и неисправности.

К регулировочному устройству могут подключаться различные датчики, которые дают возможность настройки каких-либо величин, например, давления. Если сетевое напряжение неожиданно пропало, включается система управляемого торможения и автоматического перезапуска. Скорость вращения стабилизируется при изменяющейся нагрузке. Частотно регулируемый привод становится альтернативной заменой автоматического выключателя.

В качестве основного недостатка следует отметить создание помех большинством моделей таких устройств. Для обеспечения нормальной работы необходимо устанавливать фильтры высокочастотных помех. Кроме того, повышенная мощность частотно регулируемых приводов значительно поднимает их стоимость, поэтому минимальный срок окупаемости составляет 1-2 года.

Применение регулировочных устройств

Частотно регулировочные устройства применяются во многих сферах – в промышленности и в быту. Ими оборудуются прокатные станы, конвейеры, резательные автоматы, вентиляторы, компрессоры, мешалки, бытовые стиральные машины и кондиционеры. Приводы хорошо зарекомендовали себя в городском троллейбусном транспорте. Использование частотно регулируемых приводов в станках с числовым программным управлением позволяет синхронизировать движения сразу в направлении многих осей.

Максимальный экономический эффект эти системы дают при их использовании в различном насосном оборудовании. Стандартное управление насосами любых типов заключается в регулировке дросселей, устанавливаемых в напорных линиях и определении числа действующих агрегатов. За счет этого удается получить определенные технические параметры, такие как давление в трубопроводе и другие.

Насосы имеют постоянную частоту вращения и не учитывают изменяющийся расход в результате переменного водопотребления. Даже в случае минимального расхода насосы будут поддерживать постоянную частоту вращения, приводя к созданию избыточного давления в сети и вызывая аварийные ситуации. Все это сопровождается значительным бесполезным расходом электроэнергии. В основном это происходит в ночное время при резком падении водопотребления.

С появлением частотно регулируемого привода появилась возможность поддержки постоянного давления непосредственно у потребителей. Данные системы хорошо зарекомендовали себя в совокупности с асинхронными двигателями общего назначения. Регулировка частоты позволяет изменять скорость вращения вала, делая ее более высокой или низкой по сравнению с номинальной. Датчик давления, установленный у потребителя, передает информацию на частотно регулируемый привод, который, в свою очередь, изменяет частоту, поступающую к двигателю.

Современные регулирующие устройства отличаются компактными размерами. Они размещаются в корпусе, защищенном от пыли и влаги. Благодаря удобному интерфейсу, приборы могут эксплуатироваться даже в наиболее сложных условиях, при широком диапазоне мощности – от 0,18 до 630 киловатт и напряжении 220/380 вольт.

Не работает асинхронный двигатель. Регулирование скорости асинхронного двигателя

Долгое время в промышленности использовались нерегулируемые электроприводы на базе АД, но, в последнее время возникла надобность в регулировании скорости асинхронных двигателей .

Частота вращения ротора равна

При этом, синхронная частота вращения зависит от частоты напряжения и числа пар полюсов

Исходя из этого, можно сделать вывод, что регулировать скорость АД можно с помощью изменения скольжения, частоты и числа пар полюсов.

Рассмотрим основные способы регулировки.

Регулирование скорости с помощью изменения активного сопротивления в цепи ротора

Этот способ регулирования скорости применим в двигателях с фазным ротором . При этом в цепь обмотки ротора включается реостат, которым можно плавно увеличивать сопротивление. С увеличением сопротивления, скольжение двигателя растёт, а скорость падает. Таким образом, обеспечивается регулировка скорости вниз от естественной характеристики.

Недостатком данного способа является его неэкономичность, так как при увеличении скольжения, потери в цепи ротора растут, следовательно, КПД двигателя падает. Плюс к этому, механическая характеристика двигателя становится более пологой и мягкой, из-за чего небольшое изменение момента нагрузки на валу, вызывает большое изменение частоты вращения.

Регулирование скорости данным способом не эффективно, но, несмотря на это применяется в двигателях с фазным ротором.

Регулирование скорости двигателя с помощью изменения напряжения питания

Данный способ регулирования можно осуществить, если включить в цепь автотрансформатор, перед статором, после питающих проводов. При этом, если снижать напряжение на выходе автотрансформатора, то двигатель будет работать на пониженном напряжении. Это приведёт к снижению частоты вращения двигателя, при постоянном моменте нагрузки, а также к снижению перегрузочной способности двигателя. Это связано с тем, что при уменьшении напряжения питания, максимальный момент двигателя уменьшается в квадрат раз. Кроме того, этот момент уменьшается быстрее, чем ток в цепи ротора, а значит, растут и потери, с последующим нагревом двигателя.

Способ регулирования изменением напряжения, возможен только вниз от естественной характеристики, так как увеличивать напряжение выше номинального нельзя, потому что это может привести к большим потерям в двигателе, перегреву и выходу его из строя.

Кроме автотрансформатора, можно использовать тиристорный регулятор напряжения.

Регулирование скорости с помощью изменения частоты питания

При данном способе регулирования, к двигателю подключается преобразователь частоты (ПЧ). Чаще всего это тиристорный преобразователь частоты. Регулирование скорости осуществляется изменением частоты напряжения f, так как она в данном случае влияет на синхронную скорость вращения двигателя.

При снижении частоты напряжения, перегрузочная способность двигателя будет падать, чтобы этого не допустить, требуется повысить величину напряжения U 1 . Значение на которое нужно повысить, зависит от того какой привод. Если регулирование производится с постоянным моментом нагрузки на валу, то напряжение нужно изменять пропорционально изменению частоты (при снижении скорости). При увеличении скорости этого делать не следует, напряжение должно оставаться на номинальном значении, иначе это может причинить вред двигателю.

Если регулирование скорости производится с постоянной мощностью двигателя (например, в металлорежущих станках), то изменение напряжения U 1 необходимо производить пропорционально квадратному корню изменения частоты f 1 .

При регулировании установок с вентиляторной характеристикой , необходимо изменять подводимое напряжение U 1 пропорционально квадрату изменения частоты f 1 .

Регулирование с помощью изменения частоты, является наиболее приемлемым вариантом для асинхронных двигателей, так как при нем обеспечивается регулирование скорости в широком диапазоне, без значительных потерь и снижения перегрузочных способностей двигателя.

Регулирование скорости АД изменением числа пар полюсов

Такой способ регулирования возможен только в многоскоростных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, так как число полюсов этого ротора, всегда равно количеству полюсов статора.

В соответствии с формулой, которая рассматривалась выше, скорость двигателя можно регулировать изменением числа пар полюсов. Причём, изменение скорости происходит ступенчато, так как количество полюсов принимают только определённые значения – 1,2,3,4,5.

Изменение количества полюсов достигается переключением катушечных групп статорной обмотки. При этом катушки соединяются различными схемами соединения, например “звезда — звезда” или “звезда – двойная звезда”. Первая схема соединения даёт изменение количества полюсов в соотношении 2:1. При этом обеспечивается постоянная мощность двигателя при переключении. Вторая схема изменяет количество полюсов в таком же соотношении, но при этом обеспечивает постоянный момент двигателя.

Применение данного способа регулирования оправдано сохранением КПД и коэффициента мощности при переключении. Минусом же является более сложная и увеличенная конструкция двигателя, а также увеличение его стоимости.

На современном этапе развития промышленности возникла необходимость для создания управления темпом вращения различными методами и устройствами. Для этого используется регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя.

  • Электронный трансформатор

Для чего нужно регулировка вращающей скорости?

  • для изменения расхода воздуха вентиляционной системы;
  • управление производительностью насосов;
  • регулирование скоростью отдельных движущих деталей устройства;
  • экономия электроэнергии;
  • позволяет уменьшить степень шума;
  • для уровня нужной производительности.

Регулирование скорости асинхронного двигателя может происходить несколькими способами. Самыми популярными являются:

Изменение частоты рабочего тока

Скорость вращения АД возможно настраивать методом изменения частоты переменного тока.
Регулятор осуществляет изменения скорости вращения. Частотное регулирование происходит с помощью полупроводниковых преобразователей. Принцип действия основывается на частоте, которая зависит от частоты питания.

Определить скорость можно по формуле: n 1 = 60 f/p , где n 1 – значение частоты вращения, p – пары полюсов статора, f – частота питания, 60 – показатель вычисления мерности.


Для работы двигателя без потерь происходит изменения частоты, напряжения. Последнее зависит от моментов нагрузки. При непрерывной нагрузке, соразмерными становятся напряжение и частота. Частотный регулятор повышает и понижает электрообороты большим масштабом. Благодаря этому, они довольно часто применяются в оборудовании. Например, многоконтактные станки. Скорость вращения электродвигателя приводит в движении намоточный вал, который регулируется полупроводниковым преобразователем.

Принцип действия заключается в двойном преобразовании. В механизм входит выпрямитель, импульсный инвертор, система управления. Синусоидальный поток становится постоянным и поступает на инвертор. Инвертор состоит из переключателей, из них напряжение идёт на статор. Постоянный ток становится переменным необходимой частоты. Параметры устанавливаются модулем управления.

Регулирование скорости числом пар полюсов

Один из популярных методов управления асинхронными двигателями с короткозамкнутыми роторами. Способ действия: уложить в пазы дополнительные обмотки, уменьшив сечение провода. Что ведёт к уменьшению номинального напряжения. Усложняются коммутация и энергетические характеристики.



Высокоскоростные двигатели имеют от 2 до 4 скоростей. Они оборудуют лифты, станки, насосы, вентиляторы.

Регулировка с автотрансформатором

В основе данного способа представлен обыкновенный трансформатор, с отводками от витков и одной электрообмоткой. Экономность происходит по причине неимения повторной обмотки.

Регулятор имеет до 6 стадий. Выходное напряжение будет не искажённым. Трансформатор выдерживает перегрузки. При этом занимает большие размеры.

Электропреобразователи для однофазных АД


Регулятор частоты для однофазного устройства

Частотное регулирование является основным методом регулирования мощности асинхронных электродвигателей. Предназначается для трёхфазных АД.

Для однофазных механизмов применяются специальные однофазные преобразователи. Их производит фирма INVERTEK DRIVES.

Специализированный частотный электропреобразователь обеспечивает высокоинтеллектуальное управление. Характеристика функций: поддержка водяного напора, расходование воздуха, регулировка скоростью, сбережение двигателя и удобный интерфейс. Однако стоимость преобразователя дорогая.


Для однофазного двигателя можно взять трёхфазный прибор с удалением из него конденсатора. Но при этом длительность работы уменьшиться из-за нагревания обмоток и допустимых замыканий. Преимущества применения очень большой выбор приборов, их низкая стоимость.

Регулирование на основе тиристора

Используется два тиристора или симистр. Тиристоры включены одновременно, каждый из них проводит полуволну.


В основе системы лежат моменты открытия и закрытия тиристоров. Вначале волны напряжения убирается часть, значение тока имеет изменения. Такая схема применяется в лампах накаливания, димерах.

Управление методом пропуска полупериодов волны напряжения

Устанавливается защитная цепь LRC для защиты ключа силы, для которого используется дроссели, конденсаторы и резисторы. При введении резистора в цепь, мощность теряется. Жёсткость механических характеристик снижается с уменьшением частоты вращения. На выходе добавляется конденсатор, который корректирует форму волны и ограничит мощность напряжения. Тиристоры лучше использовать с большей мощностью для обеспечения беспроблемного старта.

Преимуществом использования тиристоров является их недорогая цена и маленькие размер, вес. К недостаткам можно отнести предпочтительнее применение для маломощных двигателей, возникновение рывков, шума и треска в процессе работы.

Электронный трансформатор

ШИМ-регулятор работает по принципу широтной импульсной модуляции. Каскадом на выходе применяются полевые или биполярные транзисторы.


Транзисторы на выходе коммутируются с высокой частотой, при смене ширины импульса и времени между ними, изменения касаются напряжения на нагрузке в результате. При коротком импульсе и длинной паузе, напряжение уменьшается и мощность тоже.

Электронный трансформатор занимает меньшее пространство, обладает небольшим весом, стоит недорого. Ток выходит в чистой, неискаженной форме. На низком обороте отсутствует гул. Но прибор должен находиться на расстоянии до 5 метров или можно установить дистанционный регулятор. Можно сделать регулятор своими руками, ничем не хуже промышленного механизма. Его использовать в основе схемы, по которой собрать готовый регулятор.

Разнообразие регуляторов скорости вращения позволяют выбрать подходящий вариант для конкретного устройства. Это обеспечит продуктивность работы высокоскоростного асинхронного электродвигателя.

Почти все станки в качестве электропривода оснащаются асинхронными двигателями. У них простая конструкция и не высокая стоимость. В связи с этим важным оказывается регулирование скорости асинхронного двигателя. Однако в стандартной схеме включения управлять его оборотами можно только с помощью механических передаточных систем (редукторы, шкивы), что не всегда удобно. Электрическое управление оборотами ротора имеет больше преимуществ, хотя оно и усложняет схему подключения асинхронного двигателя.

Для некоторых узлов автоматического оборудования подходит именно электрическое регулирование скорости вращения вала асинхронного электродвигателя. Только так можно добиться плавной и точной настройки рабочих режимов. Существует несколько способов управления частотой вращения путём манипуляций с частотой, напряжением и формой тока. Все они показаны на схеме.

Из представленных на рисунке способов, самыми распространёнными для регулирования скорости вращения ротора являются изменение следующих параметров:

· напряжения подаваемого на статор,

· вспомогательного сопротивления цепи ротора,

· числа пар полюсов,

· частоты рабочего тока.

Последние два способа позволяют изменять скорость вращения без значительного снижения КПД и потери мощности, остальные способы регулировки способствуют снижению КПД пропорционально величине скольжения. Но и у тех и других есть свои преимущества и недостатки. Поскольку чаще всего на производстве применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, то все дальнейшие обсуждения будут касаться именно этого типа электродвигателей.

Для частотного регулирования применяют в основном полупроводниковые преобразователи. Их принцип действия основан на особенности работы асинхронного двигателя, где частота вращения магнитного поля статора зависит от частоты напряжения питающей сети. Скорость вращения поля статора определяется по следующей формуле:

n1 = 60f/p, где n1 — частота вращения поля (об/мин), f-частота питающей сети (Гц), p-число пар полюсов статора, 60 — коэффициент пересчета мерности.

Для эффективной работы асинхронного электродвигателя без потерь нужно вместе с частотой изменять и подаваемое напряжение. Напряжение должно меняться в зависимости от момента нагрузки. Если нагрузка постоянная, то напряжение изменяется пропорционально частоте.

Современные частотные регуляторы позволяют уменьшать и увеличивать обороты в широком диапазоне. Это обеспечило их широкое применение в оборудовании с управляемой протяжкой, например, в многоконтактных станках сварной сетки. В них скорость вращения асинхронного двигателя, приводящего в движение намоточный вал, регулируется полупроводниковым преобразователем. Такая регулировка позволяет оператору, следящему за правильностью выполнения технологических операций, ступенчато ускоряться или замедляться по мере настройки станка.

Остановимся на принципе работы преобразователя частоты более подробно. В его основе лежит принцип двойного преобразования. Состоит регулятор из выпрямителя, импульсного инвертора и системы управления. В выпрямителе синусоидальное напряжение преобразуется в постоянное и подаётся на инвертор. В составе силового трёхфазного импульсного инвертора есть шесть транзисторных переключателей. Через эти автоматические ключи постоянное напряжение подаётся на обмотки статора так, что в нужный момент на соответствующие обмотки поступает то прямой, то обратный ток со сдвигом фаз 120°. Таким образом, постоянное напряжение трансформируется в переменное трёхфазное напряжение нужной амплитуды и частоты.

Необходимые параметры задаются через модуль управления. Автоматическая регулировка работы ключей осуществляется по принципу широтно-импульсной модуляции. В качестве силовых переключателей используются мощные IGBT-транзисторы. Они, по сравнению с тиристорами, имеют высокую частоту переключения и выдают почти синусоидальный ток с минимальными искажениями. Не смотря на практичность таких устройств, их стоимость для двигателей средней и высокой мощности остаётся очень высокой.

Регулировка скорости вращения асинхронного двигателя методом изменения числа пар полюсов также относится к наиболее распространённым методам управления электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Такие моторы называются многоскоростными. Есть два способа осуществления этого метода:

· укладывание сразу нескольких обмоток с разными числами пар полюсов в общие пазы статора,

· применение специальной намотки с возможностью переключения существующих обмоток под нужное число пар полюсов.

В первом случае чтобы уложить в пазы дополнительные обмотки нужно уменьшить сечение провода, а это приводит к уменьшению номинальной мощности электродвигателя. Во втором случае имеет место усложнение коммутационной аппаратуры, особенно для трёх и более скоростей, а также ухудшаются энергетические характеристики. Более подробно этот и другие способы регулирования скорости асинхронного двигателя описаны в архивном файле, который можно скачать внизу страницы.

Обычно многоскоростные двигатели выпускаются на 2, 3 или 4 скорости вращения, причем 2-х скоростные двигатели выпускаются с одной обмоткой на статоре и с переключением числа пар полюсов в отношении 2: 1 = р2: pt , 3-х скоростные двигатели — с двумя обмотками на статоре, из которых одна выполняется с переключением 2: 1 = Рг: Pi , 4-х скоростные двигатели — с двумя обмотками на статоре, каждая из которых выполняется с переключением числа пар полюсов в отношении 2:1. Многоскоростными электродвигателями оснащаются различные станки, грузовые и пассажирских лифты, они используются для приводов вентиляторов, насосов и т.д.

3.Схема нереверсивного управления пуском трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором.

http://www.ngpedia.ru/pngs/016/0166rYE3L7C0J713C9B4.png\

3) три реле времени /РВ, 2PS и ЗРВ маятникового типа, механически сочлененные соответственно с контакторами К, /У и 2У;
4) кнопки «стоп» и «пуск».
В исходном положении, когда двигатель отключен, все контакторы выключены и в цепь каждой фазы ротора включено суммарное сопротивление гр\ + rp2 + грз всех трех ступеней пускового реостата. При нажатии кнопки «пуск» замыкается цепь катушки контактора К, контактор срабатывает и начинается первый этап пуска двигателя при полном сопротивлении в цепи ротора. Контактор К, срабатывая, приводит в действие механически сочлененное с ним реле времени IP В. Спустя /) секунд это реле замкнет свой контакт в цепи включающей катушки контактора /У.
Контактор 1У срабатывает, и в цепи ротора двигателя останутся включенными сопротивления гр2 + г„3 двух ступеней реостата. Этим начинается второй этап пуска двигателя. Контактор /У приведет в действие сочлененное с ним реле 2РВ, которое через 12 секунд замкнет свой контакт в цепи катушки контактора 2У. Контактор 2У сработает и выключит вторую ступень реостата. В цепи ротора останется включенным только сопротивление грз- Контактор 2У приведет в действие реле ЗРВ и спустя ta секунд замкнется цепь катушки контактора ЗУ. Последний сработает и замкнет обмотки ротора двигателя накоротко, чем и будет завершен процесс пуска двигателя.
При отключении двигателя надо нажать кнопку «стоп». При этом потеряют питание катушки контакторов К, /У, 2У и ЗУ. Контакторы отключатся и вся схема возвратится в исходное положение.
Выше были рассмотрены относительно простые схемы управления асинхронными двигателями. На практике применяются также более сложные схемы, позволяющие управлять процессом пуска, торможения, регулирования и стабилизации скорости электроприводов с двигателями постоянного и переменного тока.
Рис. 18 8. Схема управления пуском нереверсивного асинхронного двигателя с фазным ротором

4. Внутренние РУ

Распределительное устройство (РУ) — электроустановка, служащая для приёма и распределения электрической энергии одного класса напряжения.

Распределительное устройство содержит набор коммутационных аппаратов, вспомогательные устройства РЗиА и средства учёта и измерения

Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя : изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения резисторов в цепь ротора

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя переключение числа пар полюсов

Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальные .

Из выражения n о = 60f /р следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с разной частотой вращения n о магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер.

Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.

Рис. 7. Схемы переключения обмоток асинхронного двигателя: а — с одинарной звезды на двойную; б — с треугольника на двойную звезду

Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.

Использованы материалы книги Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий.

Под скоростью вращения асинхронного электродвигателя обычно понимают угловую частоту вращения его ротора, которая приведена на шильдике (на паспортной табличке двигателя) в виде количества оборотов в минуту. Трехфазный двигатель можно питать и от однофазной сети, для этого достаточно добавить конденсатор параллельно одной или двум его обмоткам, в зависимости от напряжения сети, но конструкция двигателя от этого не изменится.

Так, если ротор под нагрузкой совершает 2760 оборотов в минуту, то будет равна 2760*2пи/60 радиан в секунду, то есть 289 рад/с, что не удобно для восприятия, поэтому на табличке пишут просто «2760 об/мин». Применительно к асинхронному электродвигателю, это обороты с учетом скольжения s.

Синхронная же скорость данного двигателя (без учета скольжения) будет равна 3000 оборотов в минуту, поскольку при питании обмоток статора сетевым током с частотой 50 Гц, каждую секунду магнитный поток будет совершать по 50 полных циклических изменений, а 50*60 = 3000, вот и получается 3000 оборотов в минуту — синхронная скорость асинхронного электродвигателя.

В рамках данной статьи мы поговорим о том, как определить синхронную скорость вращения неизвестного асинхронного трехфазного двигателя, просто взглянув на его статор. По внешнему виду статора, по расположению обмоток, по количеству пазов, — можно легко определить синхронные обороты электродвигателя если у вас нет под рукой тахометра. Итак, начнем по порядку и разберем данный вопрос с примерами.

3000 оборотов в минуту

Про асинхронные электродвигатели принято говорить, что тот или иной двигатель имеет одну, две, три или четыре пары полюсов. Минимум — одна пара полюсов, то есть минимум — два полюса. Взгляните на рисунок. Здесь вы видите, что в статор уложено по две последовательно соединенные катушки на каждую фазу — в каждой паре катушек одна расположена напротив другой. Эти катушки и образуют по паре полюсов на статоре.

Одна из фаз показана для ясности красным цветом, вторая — зеленым, третья — черным. Обмотки всех трех фаз устроены одинаково. Поскольку три эти обмотки питаются по очереди (ток трехфазный), то за 1 колебание из 50 в каждой из фаз — магнитный поток статора один раз обернется на полные 360 градусов, то есть совершит один оборот за 1/50 секунды, значит 50 оборотов получится за секунду. Так и выходит 3000 оборотов в минуту.

Таким образом становится ясно, что для определения синхронных оборотов асинхронного электродвигателя достаточно определить количество пар его полюсов, что легко сделать, сняв крышку и взглянув на статор.

Общее число пазов статора разделите на число пазов, приходящихся на одну секцию обмотки одной из фаз. Если получится 2, то перед вами двигатель с двумя полюсами — с одной парой полюсов. Следовательно синхронная частота составляет 3000 оборотов в минуту или примерно 2910 с учетом скольжения. В простейшем случае 12 пазов, по 6 пазов на катушку, и таких катушек 6 — по две на каждую из трех фаз.

Обратите внимание, количество катушек в одной группе для одной пары полюсов может быть не обязательно 1, но и 2 и 3, однако для примера мы рассмотрели вариант с одиночными группами на пару катушек (не будем в рамках данной статьи заострять внимание на способах намотки).

1500 оборотов в минуту


Для получения синхронной скорости в 1500 оборотов в минуту, количество полюсов статора увеличивают вдвое, чтобы за 1 колебание из 50 магнитный поток совершил бы только пол оборота — 180 градусов.

Для этого на каждую фазу делают по 4 секции обмотки. Таким образом, если одна катушка занимает четверть всех пазов, то перед вами двигатель с двумя парами полюсов, образованными четырьмя катушками на фазу.

Например, 6 пазов из 24 занимает одна катушка или 12 из 48, значит перед вами двигатель с синхронной частотой 1500 оборотов в минуту, или с учетом скольжения примерно 1350 оборотов в минуту. На приведенном фото каждая секция обмотки выполнена в виде двойной катушечной группы.

1000 оборотов в минуту

Как вы уже поняли, для получения синхронной частоты в 1000 оборотов в минуту, каждая фаза образует уже три пары полюсов, чтобы за одно колебание из 50 (герц) магнитный поток обернулся бы всего на 120 градусов, и соответствующим образом повернул бы за собой ротор.

Таким образом, минимум 18 катушек установлены на статор, причем каждая катушка занимает шестую часть всех пазов (по шесть катушек на фазу — по три пары). Например, если пазов 24, то одна катушка займет 4 из них. Получится частота с учетом скольжения около 935 оборотов в минуту.

750 оборотов в минуту

Для получения синхронной скорости в 750 оборотов в минуту, необходимо, чтобы три фазы формировали на статоре четыре пары движущихся полюсов, это по 8 катушек на фазу — одна напротив другой — 8 полюсов. Если например на 48 пазов приходится по катушке на каждые 6 пазов — перед вами асинхронный двигатель с синхронными оборотами 750 (или около 730 с учетом скольжения).

500 оборотов в минуту


Наконец, для получения асинхронного двигателя с синхронной скоростью в 500 оборотов в минуту необходимо 6 пар полюсов — по 12 катушек (полюсов) на фазу, чтобы на каждое колебание сети магнитный поток поворачивался бы на 60 градусов. То есть, если например статор имеет 36 пазов, при этом на катушку приходится по 4 паза — перед вами трехфазный двигатель на 500 оборотов в минуту (480 с учетом скольжения).

Приводы с асинхронными двигателями

| Пусковое регулирование скорости торможения асинхронного двигателя

Перед тем, как обсуждать, асинхронный двигатель приводит в движение , важно понимать и знать об асинхронных двигателях. Проще говоря, асинхронные двигатели можно описать как трехфазные самозапускающиеся двигатели переменного тока с постоянной скоростью. Причина описания асинхронных двигателей как с постоянной скоростью заключается в том, что обычно эти двигатели имеют постоянную скорость в зависимости от частоты источника питания и количества обмоток.

Раньше было невозможно регулировать скорость асинхронных двигателей в соответствии с собственными потребностями. Вот почему их использование было ограниченным, и, несмотря на многие другие преимущества перед двигателями постоянного тока, они не могли использоваться из-за этого недостатка. Но в области драйверов улучшились благодаря доступности тиристоров или тиристоров, силовых транзисторов, IGBT и GTO, были изобретены приводы для асинхронных двигателей с регулируемой скоростью .

Хотя стоимость этих драйверов больше, чем стоимость драйверов постоянного тока, тем не менее, использование асинхронных двигателей увеличивается, и они заменяют двигатели постоянного тока из-за своих преимуществ.Обсуждая эту тему, мы рассмотрим запуск, торможение и регулировку скорости асинхронных двигателей.

Пуск асинхронных двигателей

Мы знаем, что асинхронный двигатель самозапускается, т.е. когда на двигатель подается питание, он начинает вращаться без какой-либо внешней помощи. Когда асинхронный двигатель запускается из-за отсутствия сопротивления изначально (т. Е. Во время запуска), существует тенденция протекания большого тока через цепь ротора, что может привести к необратимому повреждению цепи.Для решения этой проблемы были введены различные методы ограничения пускового тока. Некоторые из методов:

  1. Пускатель звезда-треугольник
  2. Пускатель автотрансформаторов
  3. Пускатель реактора
  4. Пускатель реактора с насыщением
  5. Пускатель с частичной обмоткой
  6. Пускатель с регулятором напряжения переменного тока
  7. Пускатель сопротивления ротора используется для пуска двигателя с фазным ротором .

Асинхронные двигатели , приводы обычно предназначены для работы по схеме треугольника, но во время пуска питание осуществляется от звезды, потому что тогда напряжение и ток пускателя уменьшаются в 1 / √3 раза, чем при подключении треугольником.Когда двигатель достигает установившейся скорости, соединение меняется со звезды на треугольник.

Другой способ пуска асинхронных двигателей — пуск автотрансформатора. Поскольку мы знаем, что крутящий момент пропорционален квадрату напряжения. Автотрансформаторы уменьшают пусковое напряжение и ток, чтобы преодолеть проблему перегрева из-за очень высокого тока. Во время пуска коэффициент трансформации трансформатора устанавливается таким образом, чтобы пусковой ток не превышал безопасный предел.Как только асинхронный двигатель начинает работать и достигает установившегося значения, автотрансформатор отключается от источника питания. Принципиальная схема приведена здесь для

Другой метод пуска — это плавный пуск с использованием насыщаемых драйверов реактора. В этом методе в цепь вводится высокое реактивное сопротивление, так что пусковой момент близок к нулю. Теперь во время пуска реактивное сопротивление плавно уменьшается, пусковой ток увеличивается, а крутящий момент также плавно изменяется. В этом методе двигатель запускается без рывков, а ускорение плавное, поэтому его также называют плавным пуском.

Схема несимметричного пуска для плавного пуска — это еще один метод пуска, при котором полное сопротивление вводится только в одной из фаз питания. Во время пуска импеданс поддерживается на очень высоком уровне, поэтому двигатель работает как однофазный, характеристики крутящего момента в это время аналогичны кривой A на графике. Когда скорость достигает установившегося значения, импеданс полностью удаляется, и тогда кривая становится похожей на кривую B, которая является естественной характеристикой утренника.Этот метод запуска также выполняется без рывков и работает очень плавно.

Метод пуска частичной обмотки является специальным для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. В этом методе две или более пусковых обмоток подключаются параллельно. Когда двигатель запускается, любая из обмоток подключается, в результате чего сопротивление пускателя увеличивается, а пусковой ток уменьшается. Когда двигатель достигает постоянной скорости, обе обмотки соединяются.

Специально для двигателей с фазным ротором используется пускатель сопротивления ротора.В этом методе внешние резисторы используются в цепи ротора для ограничения пускового тока. Максимальное значение сопротивления выбирается для ограничения тока при нулевой скорости в пределах безопасного значения. По мере увеличения скорости сопротивление секций при повышении температуры ниже, чем при других методах пуска с большим ускорением, с помощью этого метода пуска можно выполнять частые пуски и остановки, запускаемые с большими нагрузками.

Торможение асинхронных двигателей

Когда дело доходит до управления электрической машиной с помощью электроприводов, торможение — очень важный термин, поскольку он помогает снизить скорость двигателя в соответствии с желанием и необходимостью. Торможение асинхронных двигателей можно разделить в основном на три типа

  1. Рекуперативное торможение.
  2. включение или торможение обратным напряжением
  3. Динамическое торможение, которое может быть дополнительно классифицировано как
  • Динамическое торможение переменным током
  • Торможение с самовозбуждением с использованием конденсаторов
  • Динамическое торможение постоянным током
  • Торможение нулевой последовательности

Чтобы объяснить, что торможение рекуперацией для асинхронного двигателя мы можем воспользоваться уравнением

Здесь θ s — это фазовый угол между напряжением статора и током статора, простыми словами, если этот фазовый угол превышает 90 o (т.е.e θ s > 90 o ) может иметь место рекуперативное торможение. Чтобы объяснить это более ясно и легко, мы можем сказать, что всякий раз, когда скорость ротора превышает синхронную скорость, происходит рекуперативное торможение. Это потому, что всякий раз, когда ротор вращается со скоростью, превышающей синхронную, возникает обратное поле, которое препятствует нормальному вращению двигателя, и поэтому происходит торможение. Основным недостатком этого типа торможения является то, что скорость двигателя должна превышать синхронную скорость, что не всегда возможно.Чтобы получить рекуперативное торможение на более низкой скорости, чем синхронная, можно использовать источник переменной частоты.


Включение асинхронных двигателей выполняется путем перестановки любых двух клемм питания. Когда клеммы меняются местами, работа машины переключается с двигателя на подключение. С технической точки зрения и для лучшего понимания можно сказать, что скольжение изменяется с «s» на (2-s), что указывает на то, что из-за реверсирования клемм крутящий момент также меняет свое направление и происходит торможение.

Первой классификацией динамического торможения асинхронных двигателей является динамическое торможение переменным током: любая фаза питания отключается от источника питания, а затем либо остается разомкнутой, либо соединяется с другой фазой. Первый тип известен как двухпроводное соединение, а второй — трехпроводное соединение. Чтобы четко понять этот метод торможения, мы можем предположить, что система является однофазной. Теперь можно считать, что двигатель питается напряжением прямой и обратной последовательности.Вот почему, когда сопротивление ротора велико, чистый крутящий момент становится отрицательным, и может происходить торможение.


Иногда конденсаторы остаются постоянными, подключая их к клеммам питания двигателя. Это называется торможением с самовозбуждением с использованием конденсаторов асинхронных двигателей. Этот тип торможения работает в основном благодаря свойству конденсаторов накапливать энергию. Когда двигатель отключается от источника питания, двигатель начинает работать как самовозбуждающийся индукционный генератор, энергия поступает от конденсаторов, подключенных к клеммам.Значения конденсатора выбраны таким образом, чтобы их было достаточно для работы двигателя как индукционного генератора после отключения от источника питания. Когда двигатель работает как асинхронный генератор, создаваемый крутящий момент препятствует нормальному вращению двигателя, и, следовательно, происходит торможение.

Другой тип динамического торможения — это динамическое торможение постоянным током. В этом методе статор работающих асинхронных двигателей подключается к источнику постоянного тока. Последствия подключения источника постоянного тока к статору следующие: постоянный ток создает стационарное магнитное поле, ротор продолжает вращаться, и в результате возникает индуцированное напряжение в обмотке ротора, поэтому машина работает как генератор, который противодействует движению двигателя, и происходит торможение. Регулирование скорости асинхронных двигателей может быть выполнено шестью методами, а именно:

  1. Смена полюсов
  2. Контроль напряжения статора
  3. Регулировка частоты питания
  4. Вихретоковая муфта
  5. Контроль сопротивления ротора
  6. Восстановление силы скольжения

Мы знаем что скорость асинхронного двигателя обратно пропорциональна количеству полюсов. Таким образом, можно увеличивать или уменьшать скорость асинхронного двигателя, если количество полюсов соответственно уменьшается или увеличивается.Двигатель, в котором предусмотрено изменение числа полюсов, называют «двигателем с переключением полюсов» или «многоскоростным двигателем».
Другой метод управления скоростью приводов асинхронных двигателей — это регулировка напряжения статора. Напряжение статора напрямую влияет на скорость вращения ротора. Крутящий момент пропорционален квадрату напряжения, а ток пропорционален напряжению. Таким образом, если напряжение статора уменьшается, скорость уменьшается, и аналогично, если напряжение статора увеличивается, скорость также увеличивается.

Скорость асинхронного двигателя пропорциональна произведению частоты питания и потока в воздушном зазоре. Но поскольку существует вероятность магнитного насыщения при уменьшении частоты питания, поэтому контролируется не только частота, но и v / f (то есть отношение напряжения питания и частоты), и это соотношение стараются поддерживать постоянным. И если необходимо изменить скорость, соотношение v / f изменяется соответствующим образом.

Вихретоковый метод управления скоростью осуществляется путем размещения вихретоковой муфты между асинхронным двигателем, работающим с фиксированной скоростью, и нагрузкой с переменной скоростью.Что же это за вихретоковая муфта? Это не что иное, как приводы с асинхронными двигателями, в которых и статор, и ротор могут вращаться. Ротор соединен с основным асинхронным двигателем. Когда в роторном барабане возникают вихревые токи, они взаимодействуют с полем статора и создается крутящий момент, который вращает основной двигатель. Управляя постоянным током через обмотку статора, можно управлять скоростью двигателя.
В зависимости от сопротивления ротора скорость ротора падает или увеличивается.Изменение характеристик крутящего момента в зависимости от изменения сопротивления ротора показано на рисунках ниже. Этот метод управления скоростью лучше многих других из-за низкой стоимости.

(PDF) Надежное управление скоростью для приводов с асинхронными двигателями

Надежное регулирование скорости для асинхронных двигателей

Приводы

Afef FEKIH (1) и Ennaceur BENHADJ BRAIEK (2)

Laboratoire d’Etude et Commande LECAP)

Политехническая школа Туниса.BP 743, 2070 La MARSA. ТУНИС.

(1) [email protected] (2) [email protected]

Аннотация — Чтобы устранить влияние изменений параметра

на полевое управление приводом асинхронного двигателя В данной статье предлагается

новое устройство управления скоростью с переменной структурой с скользящей поверхностью

.

Устойчивость предложенной схемы скользящего режима

эффективно продемонстрирована путем рассмотрения эффектов

изменений сопротивления ротора и момента нагрузки.

Моделирование показывает очень точное отслеживание опорных сигналов скорости и потока

, которые обычно требуются в приложениях с высокими рабочими характеристиками

, несмотря на резкие изменения крутящего момента нагрузки

и неопределенности сопротивления ротора.

Ключевые слова: управление, асинхронные двигатели, полеориентированное

управление, скользящий режим.

I. ВВЕДЕНИЕ

Асинхронные двигатели широко используются в промышленности благодаря своей прочности

, их эффективности и способности работать в широком диапазоне крутящего момента и скорости

.Эти характеристики

также делают их привлекательными для использования в новом поколении электрических транспортных систем

, таких как автомобили, автобусы и поезда

. Они также широко используются в системах вентиляции и отопления

и во многих других электрических устройствах.

Однако управление асинхронными двигателями является сложной инженерной задачей

, поскольку это сильно связанная и нелинейная многомерная система

с двумя управляющими входами (

напряжения статора) и двумя выходными переменными (скорость ротора,

потока ротора). модуль), необходимый для отслеживания сигналов требуемого опорного сигнала

.Кроме того, существуют неопределенные критические параметры

: момент нагрузки, который зависит от приложения

и который обычно неизвестен для всех электроприводов, и

сопротивление ротора, которое может изменяться до 100% в течение

операций из-за ротора. отопление [1].

С целью создания высокопроизводительных систем управления для этих двигателей

было проведено новое исследование по разработке усовершенствованных нелинейных контроллеров

, отвечающих как требованиям высокоточного регулирования

, так и максимальной эффективности работы

[8], [9], [10], [11].

Доступность недорогих мощных цифровых сигнальных процессоров

и достижения в области силовой электроники делают

сложных алгоритмов управления, которые теперь могут быть реализованы для асинхронных двигателей

при условии, что высокие динамические характеристики

в отслеживании скорости с высокой эффективностью равны

достигнуто.

В этой статье надежным контроллером, основанным на скользящем режиме, является

, предназначенный для управления неопределенной полевой моделью

асинхронных двигателей.Предложен новый подход к управлению скользящим режимом

, разработана нелинейная и динамическая скользящая переменная

при условии, что высокие динамические характеристики

в отслеживании скорости достигаются в

, несмотря на неопределенности параметров.

Работа организована следующим образом: моделирование асинхронного двигателя

рассмотрено в разделе 2, надежный контроллер

описан в разделе 3, в разделе 4 продемонстрирована надежность

предлагаемого контроллера

. учитывая влияние изменений

сопротивления ротора и момента нагрузки.Моделирование

испытаний представлены и обсуждаются для проверки эффективности

предложенного подхода. Наконец, статья завершается некоторыми

заключительными замечаниями.

II. ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИНДУКЦИИ

ДВИГАТЕЛЬ И МОДЕЛЬ, ОРИЕНТИРОВАННАЯ НА ПОЛЕ

A. Модель асинхронного двигателя

На основе представления двухфазной эквивалентной машины

и в предположении равных взаимных индуктивностей

и линейных магнитных цепей динамическая

поведение асинхронного двигателя с питанием от напряжения описывается

набором из пяти нелинейных дифференциальных уравнений с четырьмя электрическими переменными

: токами статора

sqsd i, i, потоками ротора

rqrd, φφ и одной механической переменной (ротор скорость

ω = Ω np) и две управляющие переменные, напряжения статора

sqsd u, u.

Динамическая модель асинхронного двигателя во вращающейся системе отсчета

(d, q) задается следующими уравнениями

[1]:

()

()

()

000

000

000

000

−βωφ − φ

τ

β

=

+ ω +

τ

−βωφ + φ

τ

β

=

τ

+ φω −

τ

— =

φτ

+ φω − ω + φ

τ

— =

φ

−φ − φµ =

ω

sq

1

sdssq 1

sdssq

sdssq

r

sq

sd

1

sqssd

1

rqrd

r

sd

sq

r

sr

rdsrq

r

rq

sd

r

sr

9rd

rqs

u

L

1

ii

1

dt

di

u

L

1

ii

1

dt i

000

000

dt

dt

d

i

M

1

dt

dJ

npC

ii

dt

d

(1) угловая скорость

(1)

d

(1)

ω — электрическая угловая скорость двигателя

.

Современные методы совершенствования прямого управления крутящим моментом для приводов с асинхронными двигателями — обзор | Защита и управление современными энергосистемами

  • 1.

    Хаджян М., Араб Маркаде Г. Р., Солтани Дж. И Хосинния С. (2009). Энергосберегающее регулирование в скользящем режиме бессенсорных приводов с асинхронными двигателями. Преобразование энергии и управление, 50 , 2296–2306.

    Артикул Google ученый

  • 2.

    Сараванан, К., Сатисвар Дж. И Раджа С. (2012). Характеристики трехфазного асинхронного двигателя с модифицированной обмоткой статора. Международный журнал компьютерных приложений, 46 , 1–4.

    Google ученый

  • 3.

    Коста, Б. Л. Г., Грасиола, К. Л., Анджелико, Б. А., Гёдтель, А., и Кастольди, М. Ф. (2018). Оптимизация метаэвристики применительно к настройке ПИ-регуляторов привода DTC-SVM для трехфазных асинхронных двигателей. Прикладные мягкие вычисления, 62, , 776–788.

  • 4.

    Траоре Д., Леон Д. и Глумино А. (2012). Адаптивная конструкция управления обратным шагом на основе наблюдателя для бессенсорного асинхронного двигателя. Automatica, 48 , 682–687.

    MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google ученый

  • 5.

    Карагианнис Д., Астолфи А., Ортега Р. и Хилайрет М. (2009). Контроллер нелинейного слежения для асинхронных двигателей с питанием от напряжения с неопределенным моментом нагрузки. Транзакции IEEE по технологии систем управления, 17 , 608–619.

    Артикул Google ученый

  • 6.

    Сен, П. К. (1990). Электромоторные приводы и управление — прошлое, настоящее и будущее. Транзакции IEEE по промышленной электронике, 37 , 562–575.

    Артикул Google ученый

  • 7.

    Trabelsi, R., Khedher, A., Mimouni, M. F., & M’sahli, F.(2012). Управление обратным шагом для асинхронного двигателя с помощью адаптивного скользящего наблюдателя потока ротора. Исследование электроэнергетических систем, 93 , 1–15.

    Артикул Google ученый

  • 8.

    Заафури А., Регая К. Б., Азза Х. Б. и Чаари А. (2016). Адаптивное обратное шагание на основе DSP с использованием ошибок отслеживания для высокопроизводительного бессенсорного управления скоростью привода асинхронного двигателя. Транзакции ISA, 60 , 333–347.

    Артикул Google ученый

  • 9.

    Алсофьяни И. М. и Идрис Н. Р. Н. (2013). Обзор бессенсорных методов обеспечения устойчивой надежности и эффективности частотно-регулируемых приводов асинхронных двигателей. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, 24 , 111–121.

    Артикул Google ученый

  • 10.

    Derouich, A., & Lagrioui, A. (2014). Моделирование и анализ в реальном времени характеристик асинхронных машин, работающих при постоянном магнитном потоке. Международный журнал Advanced Computer Science and Applications, 5 , 59–64.

    Артикул Google ученый

  • 11.

    Джаннати, М., Анбаран, С. А., Асгари, С. Х., Гох, В. Ю., Монади, А., Джунаиди, М. А. А., и Идрис, Н. Р. Н. (2017). Обзор методов регулирования скорости для эффективного управления однофазными асинхронными двигателями: эволюция, классификация, сравнение. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, 75 , 1306–1319.

    Артикул Google ученый

  • 12.

    Дос Сантос, Т. Х., Гёдтель, А., Да Силва, С. А. О., и Суетаке, М. (2014). Скалярное управление асинхронным двигателем с использованием нейронной бессенсорной техники. Исследование электроэнергетических систем, 108 , 322–330.

    Артикул Google ученый

  • 13.

    Леонард В. (1994). Управление машинами с помощью микроэлектроники.В Третий симпозиум IFAC по управлению в силовой электронике и электроприводах (стр. 35–58).

    Google ученый

  • 14.

    Перерам К., Блаабьерг Ф. и Педерсен Дж. (2003). Бессенсорный, стабильный метод управления U / F для приводов с постоянными магнитами. Транзакции IEEE по отраслевым приложениям, 39 , 783–791.

    Артикул Google ученый

  • 15.

    Хабби, Х. М. Д., Азил, Х. Дж., И Инаам, И. А. (2016). Управление скоростью асинхронного двигателя с помощью скалярных векторных контроллеров PI и V / F. Международный журнал компьютерных приложений, 151 , 36–43.

    Артикул Google ученый

  • 16.

    Мартинс, К. А., и Карвалью, А. С. (2001). Технологические тенденции в электроприводах с асинхронными двигателями. В деле IEEE Porto power tech traffic (Vol. 2).

    Google ученый

  • 17.

    Амезкуита-Брукс, Л., Личеага-Кастро, Э., Личеага-Кастро, Дж., И Угальде-Лоо, К. Э. (2015). Анализ перекрестных связей магнитного момента в схемах ВОК: Новые характеристики подавления возмущений. Транзакции ISA, 52 , 446–461.

    MATH Статья Google ученый

  • 18.

    Эль Уанджли, Н., Деруич, А., Эль Гзизаль, А., Чебабхи, А., и Таусси, М. (2017). Сравнительное исследование между системами управления FOC и DTC асинхронного двигателя с двойным питанием (DFIM).В Международная конференция по электрическим и информационным технологиям: IEEE .

    Google ученый

  • 19.

    Mehazzem, F., Nemmour, A. L., & Reama, A. (2017). Реализация в реальном времени обратного мультискалярного управления асинхронным двигателем, питаемым от инвертора источника напряжения. Международный журнал водородной энергетики, 42 , 17965–17975.

    Артикул Google ученый

  • 20.

    Чихи, А., Джараллах, М., и Чих, К. (2010). Сравнительное исследование полевого управления и управления прямым крутящим моментом асинхронных двигателей с использованием адаптивного наблюдателя потока. Сербский журнал электротехники, 7 , 41–55.

    Артикул Google ученый

  • 21.

    Профумо Ф., ДеДонкер Р., Феррарис П. и Пасторелли М. (1995). Сравнение универсальных полевых контроллеров (УФО) в разных системах отсчета. Транзакции IEEE по силовой электронике, 10 , 205–213.

    Артикул Google ученый

  • 22.

    Робинс, Б., Бертро, Ф., Отье, Ж.-П., и Байз, Х. (2000). Ориентация многомодельного поля на основе нечеткой логики в непрямом ВОК асинхронного двигателя. Транзакции IEEE по промышленной электронике, 47 , 380–388.

    Артикул Google ученый

  • 23.

    Новотны, Д. В., и Липо, Т. А. (1996). Векторное управление и динамика приводов переменного тока . Оксфорд: Кларендон.

    Google ученый

  • 24.

    Такахаши И. и Ногучи Т. (1986). Новая стратегия управления асинхронным двигателем с быстрым откликом и высокой эффективностью. Транзакции IEEE по отраслевым приложениям, IA-22 (5), 820–827.

    Артикул Google ученый

  • 25.

    Депенброк М. (1988). Прямое саморегулирование (DSC) индукционной машины с питанием от инвертора. Транзакции IEEE по силовой электронике, 3 , 420–429.

    Артикул Google ученый

  • 26.

    Ваез-Заде, С., и Джалали, Э. (2007). Комбинированный метод векторного управления и прямого управления крутящим моментом для высокопроизводительных приводов с асинхронными двигателями. Преобразование энергии и управление, 48 , 3095–3101.

    Артикул Google ученый

  • 27.

    Эль Уанджли, Н., Деруич, А., Эль Гзизаль, А., Эль Мурабет, Ю., Босуфи, Б., и Таусси, М. (2017). Вклад в повышение производительности асинхронной машины с двойным питанием, работающей в двигательном режиме, посредством управления DTC. Международный журнал «Силовая электроника и приводные системы», 8 , 1117–1127.

    Google ученый

  • 28.

    Khedher, A., & Mimouni, M. F. (2010). Бессенсорный адаптивный код неисправности асинхронного двигателя с двойной звездой. Преобразование энергии и управление, 51 , 2878–2892.

    Артикул Google ученый

  • 29.

    Реза, К. М. Ф. С., Ислам, М. Д., & Мехилеф, С. (2014). Обзор надежных и энергоэффективных приводов асинхронных двигателей с прямым управлением крутящим моментом. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, 37 , 919–932.

    Артикул Google ученый

  • 30.

    Кадир, А., Мехилеф, С., и Пинг, Х. В. (2007). Синхронный двигатель с постоянным магнитом и прямым управлением крутящим моментом с асимметричным многоуровневым инверторным питанием. В Седьмая международная конференция по силовой электронике (ICPE): IEEE (стр. 1196–1201).

    Google ученый

  • 31.

    Найк В. Н., Панда А. и Сингх С. П. (2016). Трехуровневый нечеткий-2 DTC привода асинхронного двигателя с использованием SVPW. Транзакции IEEE по промышленной электронике, 63 , 1467–1479.

    Артикул Google ученый

  • 32.

    Абош, А. Х., Чжу, З. К., и Рен, Ю. (2017). Уменьшение пульсаций крутящего момента и магнитного потока при прямом управлении крутящим моментом асимметричной синхронной машины с постоянными магнитами на основе пространственно-векторной модуляции. Транзакции IEEE по силовой электронике, 32 , 2976–2986.

    Артикул Google ученый

  • 33.

    Гоэль, Н., Патель, Р.Н., и Чако, С. (2016). Снижение пульсаций крутящего момента привода DTC IM с помощью искусственного интеллекта. В Международная конференция по электроэнергетике и энергетическим системам .

    Google ученый

  • 34.

    Сутикно Т., Идрис Н. Р. и Джидин А. (2014). Обзор прямого управления крутящим моментом асинхронных двигателей для обеспечения устойчивой надежности и энергоэффективных приводов. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, 23 , 548–558.

    Артикул Google ученый

  • 35.

    Панчад, В. М., Чили, Р. Х., и Патре, Б. М. (2013). Обзор стратегий управления скользящим режимом для асинхронных двигателей. Annual Reviews in Control, 37 , 289–307.

    Артикул Google ученый

  • 36.

    Buja, G., Casadei, D., & Serra, G. (1997). Прямое управление крутящим моментом приводов асинхронных двигателей. В Труды международного симпозиума IEEE по промышленной электронике .

    Google ученый

  • 37.

    Слемон, Г. Р. (1989). Моделирование асинхронных машин для электроприводов. Транзакции IEEE по отраслевым приложениям, 25 , 1126–1131.

    Артикул Google ученый

  • 38.

    Хафиз М., Уддин М. Н., Рахим Н. А. и Хью В. П. (2014). Самонастраивающаяся схема DTC на основе NFC и адаптивного гистерезиса крутящего момента для привода IM. Транзакции IEEE по отраслевым приложениям, 50 , 1410–1420.

    Артикул Google ученый

  • 39.

    Каземия М. В., Морадиб М. и Каземич Р. В. (2012). Минимизация пульсаций мощности DFIG с прямым управлением мощностью с помощью нечеткого контроллера и улучшенная дискретная пространственно-векторная модуляция. Исследование электроэнергетических систем, 89 , 23–30.

    Артикул Google ученый

  • 40.

    Йен-Шин, Л., и Цзянь-Хо, К. (2001).Новый подход к прямому управлению крутящим моментом приводов асинхронных двигателей для обеспечения постоянной частоты коммутации инвертора и уменьшения пульсаций крутящего момента. Транзакции IEEE по преобразованию энергии, 6 , 220–227.

    Артикул Google ученый

  • 41.

    Пуччи, М. (2012). Прямое управление линейными асинхронными двигателями, ориентированное на поле. Исследование электроэнергетических систем, 89 , 11–22.

    Артикул Google ученый

  • 42.

    Бонне, Ф., Поль-Этьен, В., и Петрзак-Давид, М. (2007). Двойное прямое управление крутящим моментом асинхронной машины с двойной подачей. Транзакции IEEE по промышленной электронике, 54 , 2482–2490.

    Артикул Google ученый

  • 43.

    Эль Мурабит, Ю., Деруич, А., Эль-Гзизаль, А., Эль-Уанджли, Н., и Замзум, О. (2017). DTC-SVM Управление для синхронного генератора с постоянными магнитами на базе ветряной турбины с регулируемой скоростью. Международный журнал силовой электроники и приводных систем, 8 , 1732–1743.

    Google ученый

  • 44.

    Талаэизаде, В., Кианинежад, Р., Сейфоссадат, С. Г., и Шаянфар, Х. А. (2010). Прямое управление крутящим моментом шестифазных асинхронных двигателей с помощью трехфазного матричного преобразователя. Преобразование энергии и управление, 51 , 2482–2491.

    Артикул Google ученый

  • 45.

    Биртен, Дж., Вервеккен, Дж., И Дризен, Дж. (2010). Прогнозирующее прямое управление крутящим моментом для уменьшения пульсаций магнитного потока и крутящего момента. Транзакции IEEE по промышленной электронике, 57 , 404–412.

    Артикул Google ученый

  • 46.

    Локрити А., Салхи И. и Дубаби С. (2015). Прямое управление крутящим моментом IM без искажения магнитного потока и статической ошибки крутящего момента. Транзакции ISA, 59 , 256–267.

    Артикул Google ученый

  • 47.

    Сингх, А. К., Редди, К. У., Прабхакар, К.К., и Правин, К. (2015). Реализация FPGA прямого управления крутящим моментом асинхронного двигателя с уменьшенными колебаниями крутящего момента и магнитного потока. В Международная конференция по электрификации транспорта IEEE .

    Google ученый

  • 48.

    Йоннала, Р. Б., и Бабу, К. С. (2018). Модифицированный многополосный управляемый гистерезисом DTC индукционной машины с 27-уровневым асимметричным CHB-MLI с модуляцией NVC. Инженерный журнал Айн Шамс, 9 , 15–29.

    Артикул Google ученый

  • 49.

    Сутикно Т., Никидрис Н. Р., Джидин А. и Кирстеа М. Н. (2013). Улучшенная реализация прямого управления крутящим моментом на ПЛИС для асинхронных машин. Транзакции IEEE по промышленной информатике, 9 (3), 1280–1290.

  • 50.

    Джузеппе, С. Б., & Казмерковски, М. П. (2004). Прямое управление крутящим моментом двигателей переменного тока с инверторным питанием с широтно-импульсной модуляцией — обзор. Транзакции IEEE по промышленной электронике, 51 , 744–757.

    Артикул Google ученый

  • 51.

    Аммарн А., Бурек А. и Бенакча А. (2017). Нелинейный SVM-DTC для привода с асинхронным двигателем, использующий линеаризацию обратной связи по входу-выходу и управление скользящим режимом высокого порядка. Транзакции ISA, 67 , 428–442.

    Артикул Google ученый

  • 52.

    Касадей Д., Профумо Ф., Серра Г. и Тани А. (2002). FOC и DTC: две жизнеспособные схемы управления крутящим моментом асинхронных двигателей. Транзакции IEEE по силовой электронике, 17 , 779–787.

    Артикул Google ученый

  • 53.

    Аммар А., Бенакча А. и Бурек А. (2017). Замкнутый контур крутящего момента SVM-DTC на основе надежного регулятора скорости сверхкручения для асинхронного двигателя с оптимизацией эффективности. Международный журнал водородной энергетики, 42 , 17940–17952.

    Артикул Google ученый

  • 54.

    Гадуэ, С. М., Джаурис, Д., и Финч, Дж. У. (2009). Управление скоростью асинхронных двигателей DTC на основе искусственного интеллекта — сравнительное исследование. Исследование электроэнергетических систем, 79 , 210–219.

    Артикул Google ученый

  • 55.

    Гдаим, С., Мтибаа, А., и Мимуни, М. Ф. (2010). Прямое управление крутящим моментом асинхронной машины на основе интеллектуальных технологий. Международный журнал компьютерных приложений, 10 , 0975–8887.

    Артикул Google ученый

  • 56.

    Белкасем, С., Насери, Ф., и Абдессемед, Р. (2011). Улучшение DTC-SVM приводов переменного тока с использованием нового надежного адаптивного алгоритма управления. Международный журнал управления, автоматизации и систем, 9 , 267–275.

    Артикул Google ученый

  • 57.

    Родригес, Дж., Понтт, Дж., Силва, К., Куро, С., и Миранда, Х.(2004). Новая схема прямого управления крутящим моментом для асинхронных машин с пространственно-векторной модуляцией. В ежегодной конференции специалистов по силовой электронике IEEE (стр. 1392–1397).

    Google ученый

  • 58.

    Abdelli, R., Rekioua, D., & Rekioua, T. (2011). Улучшение характеристик и минимизация пульсаций крутящего момента для асинхронных машин с VSI-питанием и прямым управлением крутящим моментом. Транзакции ISA, 50 , 213–219.

    Артикул Google ученый

  • 59.

    Эль-Саадави, М., и Хатата, А. (2017). Новая схема защиты обмоток статора синхронного генератора на базе SVM. Защита и управление современными энергосистемами, 2 (1), 24.

    Статья Google ученый

  • 60.

    Пиццо, А. Д., Марино, П., и Вискиано, Н. (2002). Гармонические и интергармонические воздействия приводов асинхронных двигателей на основе DTC на 3-проводную сеть. В Международная конференция промышленной электроники IEEE .

    Google ученый

  • 61.

    Maes, J., & Melkebeek, J. (1998). Дискретное прямое управление крутящим моментом асинхронных двигателей с использованием измерения обратной ЭДС. В Тридцать третья ежегодная конференция IAS по отраслевым приложениям .

    Google ученый

  • 62.

    Casadei, D., Serra, G., & Tani, A. (2000). Реализация алгоритма прямого управления крутящим моментом для асинхронных двигателей на основе дискретной пространственно-векторной модуляции. Транзакции IEEE по силовой электронике, 15 , 769–777.

    Артикул Google ученый

  • 63.

    Кейхани, Х. Р., Золгадри, М. Р., и Хомаифар, А. (2004). Расширенное и улучшенное прямое управление крутящим моментом с дискретной пространственной векторной модуляцией для асинхронных двигателей. В Ежегодная конференция специалистов по силовой электронике IEEE .

    Google ученый

  • 64.

    Дель Торо, X. Г., Ариас, А., Джейн, М. Г., Виттинг, П. А., Сала, В. М., и Ромерал, Дж. Л. (2005). Новая схема управления DTC для асинхронных двигателей с трехуровневым инвертором. Автоматика, 46, , 73–81.

    Google ученый

  • 65.

    Kyo-Beum, L., Joong-Ho, S., Choy, I., & Ji-Yoon, Y. (2002). Снижение пульсаций крутящего момента в DTC асинхронного двигателя с приводом от трехуровневого инвертора с низкой частотой коммутации. Транзакции IEEE по силовой электронике, 17 , 255–264.

    Артикул Google ученый

  • 66.

    Уткин И.В. (1993). Принципы проектирования и приложения скользящего регулирования к электроприводам. Транзакции IEEE по промышленной электронике, 40 , 23–36.

    Артикул Google ученый

  • 67.

    Бубзизи, С., Абид, Х., и Чаабан, М. (2018). Сравнительное исследование трех типов контроллеров для DFIG в системе преобразования энергии ветра. Защита и управление современными энергосистемами, 3 (1), 21.

    Статья Google ученый

  • 68.

    Танвир А., Бейг А. Р. и Аль-Хосани К. (2013). Код неисправности трехуровневого асинхронного двигателя с питанием от инвертора, основанный на скользящем режиме, с использованием таблицы векторов переключения. В Азиатская конференция по контролю .

    Google ученый

  • 69.

    Айярао, Т. С. (2019). Модифицированная система ветроэнергетики DFIG с векторным управлением на основе адаптивного управления скользящим режимом барьерной функции. Защита и управление современными энергосистемами, 4 (1), 4.

    Статья Google ученый

  • 70.

    Родич М. и Езерник К. (2002). Регулирование крутящего момента асинхронного двигателя в скользящем режиме без датчика скорости. Транзакции IEEE по промышленной электронике, 49 , 87–95.

    Артикул Google ученый

  • 71.

    Мехмет Д. (2005). Бездатчиковое прямое управление крутящим моментом (DTC) асинхронного двигателя в скользящем режиме.В Труды международного симпозиума IEEE по промышленной электронике .

    Google ученый

  • 72.

    Shir-Kuan, L., & Chih-Hsing, F. (2001). Прямое регулирование крутящего момента асинхронного двигателя в скользящем режиме. В Ежегодная конференция общества промышленной электроники IEEE (стр. 2171–2177).

    Google ученый

  • 73.

    Lascu, C., Boldea, I., & Blaabjerg, F. (2004). Прямое управление крутящим моментом бессенсорных асинхронных двигателей: подход скользящего режима. Транзакции IEEE по отраслевым приложениям, 40 , 582–590.

    Артикул Google ученый

  • 74.

    Детян С. (2010). Прямое управление крутящим моментом в скользящем режиме для асинхронного двигателя с надежным наблюдателем магнитного потока статора. В Международная конференция по интеллектуальным вычислительным технологиям и автоматизации .

    Google ученый

  • 75.

    Камачо, Э. Ф. (1993). Ограниченный обобщенный прогнозный контроль. Транзакции IEEE по автоматическому управлению, 38 (2), 327–332.

    MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google ученый

  • 76.

    Камачо, Э. Ф., и Бордонс, К. (2007). Модель Прогностическое управление. Учебники для углубленного изучения управления и обработки сигналов , Springer-Verlag: London.

  • 77.

    Гейер, Т., Папафотиу, Г., и Морари, М.(2009). Модельное прогнозирующее прямое управление крутящим моментом — Часть I: Концепция, алгоритм и анализ. Транзакции IEEE по промышленной электронике, 56, , 1894–1905.

    Артикул Google ученый

  • 78.

    Зейналы Ю., Гейер Т. и Эгардт Б. (2011). Методы продолжения траектории для прогнозирующего прямого управления крутящим моментом. В 26-я ежегодная конференция и выставка прикладной силовой электроники IEEE (APEC) (стр. 1667–1674).

    Google ученый

  • 79.

    Папафотиу Г., Клей Дж., Пападопулос К. Г., Борен П. и Морари М. (2009). Модель прогнозирующего прямого управления крутящим моментом — Часть II: Реализация и экспериментальная оценка. Транзакции IEEE по промышленной электронике, 56, , 1906–1915.

    Артикул Google ученый

  • 80.

    Ezeonwumelu, I., Shinde, A. M., & Gadiraju, V.М. (2007). Оценка эффективности методов DTC, MPDTC и DDTC для привода SPMSM. Американский научно-исследовательский журнал инженерии, технологий и наук (ASRJETS), 35 (1), 201–214.

    Google ученый

  • 81.

    Ван Ф., Чжан З., Мэй Х., Родригес Дж. И Кеннел Р. (2018). Усовершенствованные стратегии управления асинхронной машиной: управление с ориентацией на поле, прямое управление крутящим моментом и управление с прогнозированием модели. Энергия, 11 (1), 120.

    Артикул Google ученый

  • 82.

    Гейер, Т., Папафотиу, Г., и Морари, М. (2009). Модельное прогнозирующее прямое управление крутящим моментом — Часть I: Концепция, алгоритм и анализ. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 56 , 6.

    Статья Google ученый

  • 83.

    Миранда, Х., Кортес, П., и Юз, Дж. (2009). Прогнозирующее управление крутящим моментом асинхронных машин на основе моделей в пространстве состояний. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 56 , 6.

    Статья Google ученый

  • 84.

    Пакас М. и Вебер Дж. (2005). Прогнозирующее прямое управление крутящим моментом для синхронной машины с постоянным магнитом. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 52 , 5.

    Статья Google ученый

  • 85.

    Окумус, Х. И., и Мустафа Актас, М. (2010). Адаптивное управление полосой гистерезиса для постоянной частоты коммутации в приводах асинхронных машин DTC. Турецкий журнал электротехники и компьютерных наук, 18 , 59–69.

    Google ученый

  • 86.

    Уддин, М. Н., и Хафиз, М. (2012). Схема DTC на основе FLC для улучшения динамических характеристик привода IM. Транзакции IEEE по отраслевым приложениям, 48 , 823–831.

    Артикул Google ученый

  • 87.

    Jinlian, D., & Tu, L.(2006). Улучшение характеристик прямого управления крутящим моментом на низких скоростях за счет использования метода нечеткой логики. В Международная конференция IEEE по мехатронике и автоматизации .

    Google ученый

  • 88.

    Туфути Р., Мезиан С. и Беналла Х. (2007). Прямое управление крутящим моментом асинхронного двигателя с использованием интеллектуальных технологий. Журнал теоретических и прикладных информационных технологий, 3 , 35–44.

    Google ученый

  • 89.

    Гдаим, С., Мтибаа, А., и Мимуни, М. Ф. (2015). Разработка и экспериментальная реализация DTC индукционной машины на основе нечеткой логики управления на ПЛИС. Транзакции IEEE в нечетких системах, 23, , 644–655.

    Артикул Google ученый

  • 90.

    Зегай, М. Л., Бенджеббар, М., Бельхадри, К., Думбия, М. Л., Хамане, Б., и Кумба, П. М. (2015). Прямое управление крутящим моментом асинхронного двигателя на основе искусственных нейронных сетей. Управление скоростью с помощью MRAS и нейронного ПИД-регулятора.В IEEE Electric Power and Energy Conference (EPEC) .

    Google ученый

  • 91.

    Юань, Г., Цзинькуань, В., и Синьюнь, К. (2011). Улучшение работы системы DTC на нечетком управлении. Процедура наук об окружающей среде, 10 , 589–594.

    Артикул Google ученый

  • 92.

    Чжао, Т., Фэнхун, X., Цзяньпин, В., Чжан, Г., и Цзяньлинь, М.(2014). Исследования в области бессенсорного нечеткого управления крутящим моментом асинхронных двигателей. В Международная конференция по электронике и системам связи .

    Google ученый

  • 93.

    Klement, E. P., & Slany, W. (1997). Нечеткая логика в искусственном интеллекте. В книге : Энциклопедия информатики и технологий, глава (стр. 34) Доп. 19.

    Google ученый

  • 94.

    Венугопал, К. (2010). DTC на основе нечеткой логики для управления скоростью асинхронного двигателя с матричным преобразователем. В 2010 Международная конференция IEEE по энергии и энергии (стр. 753–758). IEEE.

  • 95.

    Эль Уанджли, Н., Деруич, А., Эль Гзизаль, А., Чебабхи, А., Таусси, М., и Босуфи, Б. (2018). Стратегия прямого управления крутящим моментом на основе контроллера с нечеткой логикой для асинхронного двигателя с двойным питанием. В серии конференций IOP: Наука о Земле и окружающей среде (Vol. 161, No.1, стр. 012004). IOP Publishing.

  • 96.

    Тлемкани А., Бушида О., Бенмансур К., Будана Д. и Бушерит М. С. (2009). Стратегия прямого управления крутящим моментом (DTC) на основе контроллера нечеткой логики для привода синхронной машины с постоянными магнитами. Журнал электротехники и технологий, 4 , 66–78.

    Артикул Google ученый

    ,
  • ,
  • , 97.

    Мир, С.А., Зингер, Д.С., и Эльбулук, Э. (1993).Нечеткая реализация прямого самоконтроля асинхронных машин. В конференции IEEE на ежегодном собрании общества отраслевых приложений .

    Google ученый

  • 98.

    Джагадиш, Х. П., и Кодад, С. Ф. (2009). Непосредственное нечеткое управление крутящим моментом привода переменного тока. В Международная конференция IEEE по достижениям в области вычислений, управления и телекоммуникационных технологий .

    Google ученый

  • 99.

    Хафиз М., Уддин М. Н. и Ребейро Р. С. (2010). Адаптация полосы гистерезиса на основе FLC для оптимизации пульсаций крутящего момента и магнитного потока статора привода IM на основе DTC. В IEEE Electric Power and Energy Conference .

    Google ученый

  • 100.

    Эль Уанджли, Н., Таусси, М., Деруич, А., Чебабхи, А., Эль Гзизаль, А., и Босуфи, Б. (2018). Высокоэффективное прямое управление крутящим моментом с двойной подачей с использованием нечеткой логики. Научный журнал Университета Гази, 31 (2), 532–542.

    Google ученый

  • 101.

    Мондал, С. К., Пинто, Дж. О., и Бимал, К. Б. (2002). ШИМ-контроллер на основе нейронной сети для трехуровневого инверторного асинхронного двигателя с питанием от напряжения. Транзакции IEEE по отраслевым приложениям, 38 , 660–669.

    Артикул Google ученый

  • 102.

    Faa-Jeng, L., Jyh-Chyang, Y., & Mao-Sheng, T. (2001).Бессенсорный асинхронный привод шпинделя с использованием контроллера скорости с нечеткой нейронной сетью. Исследование электроэнергетических систем, 58 , 187–196.

    Артикул Google ученый

  • 103.

    Алессандро Гёдтель, А., Да-Силва, И. Н., и Амарал, С. П. Дж. (2007). Определение момента нагрузки в асинхронном двигателе методом нейронных сетей. Исследование электроэнергетических систем, 77 , 35–45.

    Артикул Google ученый

  • 104.

    Сингх Б., Прадип Дж., Миттал А. П. и Гупта Дж. Р. П. (2006). Привод DTC IM для силовой установки электромобиля на основе нейронной сети. В конференции IEEE по электрическим и гибридным транспортным средствам .

    Google ученый

  • 105.

    Берраба, Ф., Салах, С., и Чебабхи, А. (2016). Технология SVM, основанная на бессенсорном управлении DTC, оптимизированном ANN, применяется к асинхронной машине с двумя статорами, питаемой от трехуровневого шестифазного инвертора. Средиземноморский журнал измерений и контроля, 12 , 571–579.

    Google ученый

  • 106.

    Хаммуми, А., Массум, А., Меруфель, А., и Вира, П. (2012). Приложение Des Réseaux de Neurones для Commande de la Machine Asynchrone без механического захвата. Acta Electrotehnica, 53 , 99–104.

    Google ученый

  • 107.

    Земмит, А., Мессальти, С., и Харраг, А. (2016). Инновационное улучшенное прямое управление крутящим моментом асинхронной машины с двойным питанием (DFIM) с использованием искусственной нейронной сети (ANN-DTC). Международный журнал прикладной инженерии, 11 , 9099–9105.

    Google ученый

  • 108.

    Джадхав, С., Киранкумар, Дж., И Чаудхари, Б. (2012). Интеллектуальное управление приводом асинхронного двигателя на основе ИНС с DTC с пространственно-векторной модуляцией. В международной конференции IEEE, посвященной силе электронов, приводам энергетических систем (PEDES) (стр.1–6).

    Google ученый

  • 109.

    Grzesiak, L. M., & Ufnalski, B. (2005). Привод DTC с устройством оценки потока статора на основе ANN. В Европейская конференция по силовой электронике и приложениям .

    Google ученый

  • 110.

    Босуфи Б., Карим М., Сильвиу С. и Лагриуи А. (2011). Искусственная нейронная сеть на основе DTC Control для высокопроизводительного привода PMSM. Журнал теоретических и прикладных информационных технологий, 33 , 165–176.

    Google ученый

  • 111.

    Grzesiak, L. M., Meganck, V., Sobolewski, J., & Bartlomiej, U. (2006). Обучаемый нейронный регулятор скорости в режиме онлайн с периодом обновления переменного веса для привода переменного тока с прямым управлением крутящим моментом. В 12-я международная конференция по силовой электронике и управлению движением (стр. 1127–1132).

    Google ученый

  • 112.

    Кумар Р., Гупта Р., Бхангейл С. и Готвал Х. (2007). Прямое управление крутящим моментом приводов асинхронных двигателей на основе искусственной нейронной сети. В Международная конференция IET-UK по информационным и коммуникационным технологиям в электротехнике (стр. 361–367).

    Google ученый

  • 113.

    Линь Ф. Дж., Чжоу В. Д. и Хуанг П. К. (2003). Адаптивный регулятор скользящего режима на основе генетического алгоритма реального времени для сервопривода асинхронного двигателя.В Труды ИЭЭ — электроэнергетические приложения (стр. 1–13).

    Google ученый

  • 114.

    Мма, М. А., и Уолкотт, Б. Л. (1996). Устойчивость и оптимальность контроллеров генетических алгоритмов. В Международный симпозиум IEEE по интеллектуальному управлению .

    Google ученый

  • 115.

    Нареш Б., Кумар М. В. и Ядаиа Н. (2011). Настройка ПИ-регулятора на основе ГА.В IEEE последние достижения в области интеллектуальных вычислительных систем .

    Google ученый

  • 116.

    Земмит, А., Мессалти, С., и Харраг, А. (2017). Новый улучшенный DTC индукционной машины с двойной подачей питания с использованием ПИ-регулятора на основе GA. Инженерный журнал Айн Шамс, 9 (4), 1877–1885.

  • 117.

    Gadoue, S. M., Giaouris, D., & Finch, J. W. (2007). Оптимизированный с помощью генетического алгоритма PI и нечеткий скользящий режим управления скоростью для приводов DTC.В Труды всемирного инженерного конгресса .

    Google ученый

  • 118.

    Hao, L., Qiuyun, M., & Zhilin, Z. (2010). Исследование прямого управления крутящим моментом асинхронного двигателя на основе генетического алгоритма и нечеткого адаптивного ПИ-регулятора. В Международная конференция по измерительной технике и автоматизации мехатроники .

    Google ученый

  • 119.

    Трипати, С. М., Тивари, А. Н., и Сингх, Д. (2015). Интегрированные в сетку системы преобразования энергии ветра на основе синхронных генераторов с постоянными магнитами: Обзор технологий. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, 51 , 1288–1305.

    Артикул Google ученый

  • 120.

    Кумар Р. Х., Икбал А. и Ленин Н. К. (2017). Обзор последних достижений в области прямого управления крутящим моментом в приводах асинхронных двигателей — десятилетие прогресса. Силовая электроника ИЭПП, 11 (1), 1–15.

    Артикул Google ученый

  • 121.

    Ниу, Ф., Ван, Б., Бабель, А. С., Ли, К., и Странгас, Э. Г. (2016). Сравнительная оценка стратегий прямого управления крутящим моментом для синхронных машин с постоянными магнитами. Транзакции IEEE по силовой электронике, 31 (2), 1408–1424.

    Артикул Google ученый

  • Адаптивное управление скоростью в реальном времени привода асинхронного двигателя с векторным управлением на основе обученного в режиме онлайн контроллера нечеткой нейронной сети типа 2 — Acikgoz — 2020 — Международные транзакции в электроэнергетических системах

    Фон

    Управление скоростью асинхронного двигателя, обладающего такими превосходными характеристиками, как высокая эффективность, прочная конструкция, низкие эксплуатационные расходы и низкая стоимость, осуществляется более эффективно с развитием теории управления.Благодаря инновациям в силовой электронике и микропроцессорной технологии стало возможным использовать метод векторного управления для приложений, требующих высокой производительности в приводах с асинхронными двигателями.

    Цель и задача

    В этом исследовании предлагается контроллер нечеткой нейронной сети типа 2 (T2FNN), который отличается прочностью, адаптируемостью и имеет возможности быстрого динамического отклика на изменения параметров, для получения надежного отклика по скорости от асинхронного двигателя.

    Материалы и методы

    Модель

    Matlab / RTI разработана с использованием платы контроллера DS1103 для экспериментального тестирования скоростных характеристик предлагаемого асинхронного двигателя на основе контроллера. Предлагаемый контроллер проходит обучение в режиме онлайн, чтобы повысить устойчивость асинхронного двигателя к помехам. После этого проводятся экспериментальные исследования для изучения поведения регулирования скорости и эффективности асинхронного двигателя.

    Результаты и обсуждение

    Производительность контроллера T2FNN сравнивается с контроллерами PI и контроллерами нечеткой нейронной сети типа 1 (T1FNN).Результаты экспериментов ясно показывают, что предлагаемый контроллер обладает более быстрым и стабильным динамическим откликом.

    Заключение

    В предлагаемом контроллере значительно улучшена динамическая характеристика асинхронного двигателя по сравнению с T1FNN и ПИ-регуляторами. Кроме того, процентное соотношение времени установления, перерегулирования и времени восстановления T1FNN и ПИ-регуляторов контроллером T2FNN находится на удовлетворительном уровне во всех установившихся и переходных условиях.

    Приводы с регулируемой скоростью

    — обзор

    2.6 Приводы с регулируемой скоростью

    Приводы с регулируемой скоростью (VSD), также называемые приводами с регулируемой скоростью (ASD), представляют собой устройства, которые могут изменять скорость двигателя с фиксированной скоростью. В системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха они используются в основном для управления вентиляторами в системах с переменным расходом воздуха вместо других устройств, таких как впускные лопатки и выпускные заслонки. Приводы с регулируемой скоростью более энергоэффективны, чем другие устройства (их главное преимущество), но они также снижают уровень шума при частичной нагрузке, позволяют вентиляторам работать при гораздо более низких нагрузках, не вызывая скачков скорости вращения вентилятора (нестабильное состояние, которое может привести к сильной пульсации и, возможно, вызвать повреждение вентилятора), а также снизить износ механических компонентов, таких как ремни и подшипники.Приводы с регулируемой скоростью также используются для управления насосами в насосных системах с регулируемым расходом и для управления холодильными компрессорами в центробежных чиллерах.

    Многие типы приводов с регулируемой скоростью использовались на протяжении многих лет, начиная с приводов постоянного тока, используемых в основном в промышленных приложениях, и до механических приводов с различным диаметром шкивов. Одним из наиболее важных достижений последних лет стало развитие технологии частотно-регулируемых приводов (VFD). В этих приводах используется твердотельная электронная схема для регулировки частоты и напряжения питания двигателя, что, в свою очередь, изменяет скорость.

    Чаще всего в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха используются инверторы, использующие технологию широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с синусоидальным кодированием. Схема ШИМ показана на Рис. 2-25 . ШИМ работает, сначала преобразуя входящую мощность переменного тока в постоянный ток с помощью выпрямителя на диодном мосту. Затем напряжение фильтруется, сглаживается и передается в секцию инвертирования ШИМ. Инвертор состоит из высокоскоростных биполярных транзисторов, которые регулируют как напряжение, так и частоту, подаваемые на двигатель.

    Рисунок 2-25.Инверторный преобразователь частоты

    Выход, показанный на Рис. 2-26 , состоит из серии коротких импульсов напряжения. Выходное напряжение регулируется путем изменения ширины и количества импульсов напряжения, а выходная частота изменяется путем изменения длины цикла. Формируемый сигнал имеет необходимое напряжение и частоту для достижения желаемой скорости и крутящего момента двигателя, но он не такой гладкий, как входящий синусоидальный источник. По этой причине двигатели должны быть специально выбраны с надлежащей конструкцией и конструкцией, чтобы выдерживать менее плавный источник питания.

    Рисунок 2-26. Форма сигнала ШИМ с синусоидальной кодировкой

    Помните ли вы ранее в этой главе, когда мы отмечали, что, когда мы измеряем напряжение и ток в чисто синусоидальной цепи переменного тока, мы измеряем среднеквадратичное значение? В большинстве ситуаций четкое определение среднеквадратичного значения не имеет значения, поскольку форма волны близка к синусоидальной. Как вы можете видеть на Рис. 2-26 , форма волны не является синусоидальной. Стандартный измеритель может показывать существенно высокие или низкие значения в этой неволновой ситуации. С выходом VFD действительно важно, чтобы вы использовали измеритель, предназначенный для получения «истинных среднеквадратичных значений».Измерители продаются как измерители с истинным среднеквадратичным значением и стоят дороже, чем те, которые нуждаются в истинном синусоидальном входе.

    Преобразователи частоты (VSD) заменяют пускатель. Они имеют как пусковую способность, так и встроенную защиту от перегрузки. Фактически, микропроцессорное управление в большинстве приводов обеспечивает дополнительную защиту от других неисправностей (таких как пониженное напряжение, повышенное напряжение, замыкание на землю, потеря фазы и т. Д.). Приводы с регулируемой скоростью также обеспечивают плавный пуск двигателя (если он запрограммирован), снижая пусковой ток и уменьшая износ ремней и шкивов.

    Хотя пускатель не требуется при использовании частотно-регулируемого привода / частотно-регулируемого привода, он может быть предусмотрен в качестве резервного привода, чтобы двигатель мог работать на полной скорости в случае отказа привода. Схема подключения байпасного пускателя показана на рис. 2-27 . На заре преобразователей частоты и частотно-регулируемых приводов пускатели с байпасом считались почти обязательными, но теперь, когда надежность приводов повысилась, необходимость в пускателях с байпаса стала намного менее критичной. Если требуется байпас, иногда желательно использование нескольких приводов, питаемых от одного байпаса аналогичного размера, что снижает стоимость покупки нескольких байпасов.При использовании байпасного стартера важно учитывать, насколько хорошо система будет работать на полной скорости. Например, в приложении вентилятора VAV работа вентилятора на полной скорости может вызвать очень высокое давление в воздуховоде при низкой скорости воздушного потока, потенциально повреждая систему воздуховодов. Некоторые новые преобразователи частоты имеют так называемые электронные байпасы, скорость вращения которых выбирается, и они не должны работать на полной скорости. (Эти электронные байпасы не являются независимыми; поэтому в них используются те же контакторы и перегрузки, что и в преобразователе частоты, поэтому они не являются полностью независимыми.) Должны быть предусмотрены другие средства для сброса давления воздуха или снижения скорости вентилятора. Эти сложности, наряду с дополнительными затратами, необходимо сопоставить с потенциальными преимуществами байпасных пускателей.

    Рисунок 2-27. Привод с регулируемой скоростью и дополнительным стартером

    Усовершенствованные упрощенные правила Метод нечеткого логического контроллера скорости, применяемый для привода асинхронного двигателя

    DOI: 10.1016 / j.isatra.2020.05.040. Epub 2020 27 мая.

    Принадлежности Расширять

    Принадлежности

    • 1 Факультет электротехники, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Малакка, Малайзия.Электронный адрес: [email protected]
    • 2 Факультет электротехники, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Малакка, Малайзия.
    • 3 UMPEDAC, Universiti Malaya, Куала-Лумпур, Малайзия.

    Элемент в буфере обмена

    M H N Talib et al.ISA Trans. 2020 Октябрь.

    Показать детали Показать варианты

    Показать варианты

    Формат АннотацияPubMedPMID

    DOI: 10.1016 / j.isatra.2020.05.040. Epub 2020 27 мая.

    Принадлежности

    • 1 Факультет электротехники, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Малакка, Малайзия. Электронный адрес: [email protected]
    • 2 Факультет электротехники, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Малакка, Малайзия.
    • 3 UMPEDAC, Universiti Malaya, Куала-Лумпур, Малайзия.

    Элемент в буфере обмена

    Опции CiteDisplay

    Показать варианты

    Формат АннотацияPubMedPMID

    Абстрактный

    Контроллер скорости с нечеткой логикой (FLSC) широко используется для моторных приводов из-за его надежности и отсутствия зависимости от реальных параметров установки.Однако реализация в реальном времени требует больших вычислительных ресурсов и подвержена ошибкам выбора нечетких правил, что приводит к отказу системы привода. В этом документе предлагается улучшенный метод упрощенных правил для контроллера скорости с нечеткой логикой (FLSC), основанный на значительных расчетах четкости выходных данных для решения этих проблем. Сначала описывается систематическая процедура редукции нечетких правил. Затем предоставляется всесторонняя оценка активированных четких выходных данных для определения нечетких доминирующих правил.На основе предложенной методики количество правил было значительно сокращено на 72%. Упрощенное правило FLSC тестируется на системе приводов с асинхронными двигателями (IM), в которой реализация в реальном времени выполнялась в среде контроллера dSPACE DS1103. Результаты моделирования и экспериментов на основе предложенного FLSC доказали работоспособность упрощенных правил без ухудшения характеристик двигателя.

    Ключевые слова: Контроллер нечеткой логики; Нечеткие правила; Асинхронный моторный привод; Упрощенные правила; Контроль скорости.

    Авторские права © 2020 ISA. Опубликовано Elsevier Ltd. Все права защищены.

    Заявление о конфликте интересов

    Заявление о конкурирующих интересах Авторы заявляют, что у них нет известных конкурирующих финансовых интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, описанную в этой статье.

    Похожие статьи

    • Устройство оценки скорости MRAS на основе нечеткой логики типа 2 для прямого управления крутящим моментом и магнитным потоком без датчика скорости асинхронного двигателя.

      Рамеш Т., Кумар Панда А., Шива Кумар С. Рамеш Т. и др. ISA Trans. 2015 Июль; 57: 262-75. DOI: 10.1016 / j.isatra.2015.03.017. Epub 2015 14 апреля. ISA Trans. 2015 г. PMID: 25887841

    • Разработка и реализация древовидного контроллера нечеткой логики.

      Лю Б.Д., Хуан С.Ю. Лю Б.Д. и др. IEEE Trans Syst Man Cybern B Cybern.1997; 27 (3): 475-87. DOI: 10.1109 / 3477.584954. IEEE Trans Syst Man Cybern B Cybern. 1997 г. PMID: 18255886

    • Повышение скорости привода асинхронного двигателя с помощью нечеткого контроллера самонастройки IP. Реализация в реальном времени.

      Локрити А., Салхи И., Дубаби С., Зидани Ю. Локрити А. и др. ISA Trans. 2013 Май; 52 (3): 406-17. DOI: 10.1016 / j.isatra.2012.11.002. Epub 2013 12 января.ISA Trans. 2013. PMID: 23317661

    • Усовершенствованный надежный метод управления скоростью вентильного реактивного электродвигателя.

      Чжан Ч., Мин З, Су З, Цай З. Zhang C, et al. Rev Sci Instrum. 2018 Май; 89 (5): 054705. DOI: 10,1063 / 1,5006860. Rev Sci Instrum. 2018. PMID: 29864880

    • Контроллер на основе оптимальной нечеткой логики типа 2: систематическое проектирование, оптимизация и реализация в реальном времени.

      Файек Х.М., Эламвазути И., Перумал Н., Венкатеш Б. Файек Х.М. и др. ISA Trans. 2014 сентябрь; 53 (5): 1583-91. DOI: 10.1016 / j.isatra.2014.06.001. Epub 2014 21 июня. ISA Trans. 2014 г. PMID: 24962934

    [Икс]

    цитировать

    Копировать

    Формат: AMA APA ГНД NLM

    Каким образом привод переменного тока регулирует скорость асинхронного двигателя?

    Для асинхронного двигателя скорость ротора, частота источника напряжения, количество полюсов и скольжение взаимосвязаны согласно следующему уравнению:
    n = 120 f 1 (1 — с) / p
    Где
    n: механическая скорость (об / мин)
    f 1 : основная частота входного напряжения (Гц)
    p: количество полюсов
    s: slip

    Анализ приведенной выше формулы показывает, что механическая скорость асинхронного двигателя является функцией трех параметров.Таким образом, изменение любого из этих параметров приведет к изменению скорости двигателя в соответствии с таблицей ниже.

    Контроль скорости
    Параметр
    Характеристики приложения
    Количество полюсов
    Дискретное изменение
    Завышение
    Слип
    Непрерывное изменение
    Потери ротора
    Ограниченный частотный диапазон
    Частота напряжения
    Непрерывное изменение
    Использование приводов переменного тока

    Использование приводов переменного тока в настоящее время является наиболее эффективным методом управления скоростью асинхронных двигателей.Приводы переменного тока преобразуют напряжение постоянной частоты с постоянной амплитудой в напряжение с переменной (регулируемой) частотой с переменной (регулируемой) амплитудой. Изменение частоты сети, подаваемой на двигатель, приводит к изменению скорости вращающегося поля, что изменяет механическую скорость машины.

    Крутящий момент, развиваемый асинхронным двигателем, соответствует следующему уравнению:

    T = k 1. f м. I 2
    Если не учитывать падение напряжения, вызванное импедансом статора, намагничивающий поток равен:
    φ м = k 2. V 1 / f 1
    Где
    T: крутящий момент на валу (Н-м)
    φ м : намагничивающий поток (Вт)
    I 2 : ток ротора (А) → зависит от нагрузки!
    В 1 : напряжение статора (В)
    k 1 e k 2 : постоянные → зависят от материала и конструкции машины!

    Принимая во внимание нагрузку с постоянным крутящим моментом и допуская, что ток зависит от нагрузки (следовательно, практически постоянный ток), то пропорциональное изменение амплитуды и частоты напряжения, подаваемого на двигатель, приводит к постоянному магнитному потоку и, следовательно, постоянному крутящему моменту, в то время как ток остается неизменным.Таким образом, двигатель обеспечивает непрерывную регулировку скорости и крутящего момента с учетом механической нагрузки. Таким образом, потери могут быть минимизированы в соответствии с условиями нагрузки, поддерживая постоянное скольжение при любой скорости для данной нагрузки.

    Приведенные ниже кривые получены из приведенных выше уравнений.

    Отношение V1 / f1 остается постоянным до базовой (номинальной) частоты двигателя. Начиная с этой частоты и выше, напряжение остается постоянным на своем базовом (номинальном) значении, в то время как частота, приложенная к обмоткам статора, продолжает расти, как показано ниже.

    Таким образом, область выше базовой частоты называется ослаблением поля, при котором магнитный поток уменьшается в результате увеличения частоты, вызывая постепенное уменьшение крутящего момента двигателя. Типичная кривая зависимости крутящего момента от скорости для асинхронного двигателя с приводом переменного тока показана ниже.

    Получается, что крутящий момент остается постоянным до базовой частоты, а после этой точки падает (ослабление поля). Поскольку выходная мощность пропорциональна крутящему моменту, умноженному на скорость, она линейно растет до базовой частоты и с этой точки остается постоянной.Это показано на графике рядом.

    Количество приложений с регулируемой частотой, управляемых с помощью привода переменного тока, значительно увеличилось за последние годы. Это можно объяснить множеством преимуществ, предоставляемых такими приложениями:

    • Aloof control — система управления может быть установлена ​​удаленно в подходящем месте, оставив только двигатель в зоне обработки — в отличие от гидравлических и механических систем с регулируемой скоростью.
    • Снижение затрат — прямой пуск асинхронных двигателей вызывает пики тока, которые повреждают двигатель, а также другое электрическое оборудование, подключенное к электрической системе. Привод переменного тока обеспечивает плавный пуск, что приводит к снижению затрат на техническое обслуживание.
    • Повышение производительности — промышленные системы часто имеют слишком большие размеры из-за ожидания увеличения производства в будущем. Приводы переменного тока позволяют правильно регулировать рабочую скорость в соответствии с имеющимся оборудованием и производственными потребностями.
    • Energy Efficiency — общий КПД энергосистемы зависит не только от двигателя, но и от системы управления. Приводы переменного тока представляют собой устройства с высоким КПД, обычно достигающим 97% или более. Асинхронные двигатели также обладают высоким КПД, достигающим 95% или даже более в более крупных машинах, работающих в номинальных условиях. Когда требуется изменение скорости, выходная мощность изменяется оптимальным образом, напрямую влияя на потребление энергии и приводя к высоким уровням эффективности системы (частотно-регулируемый привод + двигатель).
    • Универсальность — Приводы переменного тока подходят как для нагрузок с переменным, так и с постоянным крутящим моментом.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.

    *