Первоисточник материала: http://www.library.ospu.odessa.ua/online/periodic/ee_50/41.htm

УДК 621.313.333
О.Ф. Винаков, канд.техн.наук, О.Б. Бабiйчук.

АНАЛIЗ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ПОКАЗНИКIВ АСИНХРОННОГО ОДНОФАЗНОГО ДВИГУНА ПРИ РIЗНИХ СПОСОБАХ КЕРУВАННЯ.

      Серед рiзних методiв регулювання швидкостi асинхронних конденсаторних двигунiв (АОКД) з короткозамкненим ротором найбiльше розповсюдженi: фазове керування (ФК) змiною напруги, частотне керування (ЧК) змiною частоти i напруги та квазiчастотне керування (КЧК) змiною послiдовностi чергування напiвперiодiв напруги мережi.

      Кожен з цих способiв регулювання швидкостей АОКД погiршує iх енергетичнi показники. Тому цiкава iх порiвняльна оцiнка.

      На рис.1 показано принциповi силовi схеми комутаторiв, що реалiзують згаданi способи керування АОКД. Системи керування комутаторiв показанi у виглядi прямокутникiв. Найпростiшою є схема, що реалiзує ФК (рис.1,а), яка складається з ключа VS1 i системи фазового керування (СФК). Перетворювач частоти (рис.1,б) складається з напiвкерованого випрямляча (VS1, VS2, VD1, VD2), системи керування випрямлячем (СКВ), автономного iнвертора напруги (до його складу входять чотири транзистори VT1-VT4, зворотнi дiоди VD3-VD6 i система керування iнвертором СКI), а також системи керування електроприводом СКЕП, що формує необхiднi частоту i напругу. Детальний аналiз роботи цiєi схеми наведено в [2]. Схема, що реалiзує КЧК (рис.1,в), складається з чотирьох ключiв VS1-VS4 i системи керування ними, що формує алгоритм роботи ключiв. Способи i рiзнi схеми КЧК однофазними двигунами детально розглянуто в [1,2,3].

      Найбiльш унiверсальним енергетичним показником при порiвняннi рiзних способiв керування АОКД є втрати енергii у двигунi. Цей показник вiдображає економiчнiсть роботи електропривода в цiлому i, головним чином, визначає ступiнь нагрiвання обмоток як статора, так i ротора. В аналiзi статичних режимiв сумарнi втрати DР у двигунi визначались як рiзниця активноi потужностi, що споживається з мережi, i механiчної потужностi на валу двигуна.

      Таке визначення втрат у двигунi характеризує енергетику електропривода в цiлому, але не дає змоги визначити, яка з обмоток двигуна знаходиться в найгiршому тепловому режимi. Така iнформацiя особливо необхiдна при дослiдженнi несиметричних електродвигунiв. Електричнi втрати DР_М у двигунi розраховуються за формулою DР_М = D Р₁ + DР₂  , де   DР₁ i DР₂   -    втрати вiдповiдно у першiй i другiй обмотках.

      Активна потужнiсть Р_сп, що споживається двигуном з мережі, розраховувалась при моделюваннi як добуток миттевих значень струму, напруги i коефiцiєнта потужностi:

Рсп  =   .

      Сумарнi втрати DР у двигунi складаються з втрат у мiдi DР_M, у сталi i втрат на тертя. Дослiдження енергетичних характеристик АОКД потужнiстю до 0,5 кВт показали, що DР_M складають вiд 80 до 90% загальних втрат в залежностi вiд режиму роботи. Тому для таких двигунiв втрати D Р_M є основними, вони визначають енергетику електропривода.

      При всiх розглянутих способах регулювання швидкостi обмотки АОКД живляться несинусоiдальною напругою, що погiршує гармонiчний склад струмiв. Тому для порiвняння моделювався аналог електромагнiтного

Рис. 1. Принципові схеми керування: а - фазового, б - частотного, в - квазічастотного.

Рис. 2. Графіки залежності втрат у двигунів від швидкості двигуна при різних способах її регулювання (1 - фазовому; 2 - квазічастотному; 3 - частотному; 4 - ідеальному частотному) і графік залежності опору механізму від швидкості двигуна.

перетворювача частоти, який забезпечує синусоiдальну напругу рiзної частоти i величину в усьому дiапазонi регулювання швидкостi. Далi такий перетворювач буде називатись iдеальним перетворювачем частоти, вiн реалiзує iдеальне частотне керування (IЧК).

      На рис.2 показано графiки залежностi вiдносних втрат D Р* вiд швидкостi двигуна (DР* = DР / DР_н;     w* = w / w ₀;    М*= М / М_н,   де Р_н i М_н - номiнальнi потужнiсть i момент двигуна). Використана залежнiсть навантаження побутової пральної машини вiд швидкостi обертання активатора.

      Порiвняння енергетичних показникiв ФК, КЧК, ЧК та IЧК показує, що за однакових моментiв на валу двигуна найкращi показники у IЧК. Втрати у двигунi при ЧК та IЧК зменшуються зi зменшенням швидкостi, оскiльки зменшується момент опору механiзму, i зi зменшенням частоти напруги живляння пропорцiйно зменшується напруга. Якщо порiвняти реальний перетворювач частоти ЧК та IЧК, то в реальному втрати бiльшi в усьому дiапазонi регулювання. Це пояснюється несинусоiдальнiстю напруги, яка формується, але втрати не перевищують намiнальних.

      Квазiчастотне керування може забезпечити дискретне регулювання швидкостi вниз вiд природноi характеристики. На ломанiй лiнii 2 (рис.2) хрестиками показано робочi точки для трьох частот, якi може забеспечити даний спосiб КЧК. Гармонiчний склад струмiв при КЧК гiрший, нiж при ЧК, вiн погiршується зi зменшенням частоти, що призводить до рiзкого зростання втрат при зменшеннi швидкостi двигуна до 0,15^.w ₀. Порiвняння КЧК з ФК показує , що за швидкостi 0,22^. w ₀ i 0,45^. w ₀ втрати при КЧК не перевищують номiнальних, в той час як у цьому ж дiапазонi швидкостей i при однакових моментах на валу двигуна втрати при ФК перевищують номiнальнi бiльш нiж у два рази. Таким чином, однофазний електропривод з КЧК, на вiдмiну вiд електроприводу з ФК, дає змогу реалiзувати тривалий режим роботи. Якщо КЧК швидкість двигуна менше за 0,2^. w ₀, втрати стають бiльш за номiнальнi, що обмежує дiапазон регулювання даного способу керування.

Первоисточник материала: http://www.library.ospu.odessa.ua/online/periodic/ee_50/41.htm