<<< Предыдущая

Вернутся к Библиотеке

Работа VSI привода от источника переменной частоты

Из уравнение 6.34 видно, что развиваемый момент пропорционален приложенному действующему напряжению, и его максимальное значение достигается при δ=90°. Так как механическое быстродействие Е_fω₁ и, X_s1ω₁

Это означает, что такой же максимальный крутящий момент достигается, если соотношение или – поддерживается постоянным при всех частотах (скоростях). Заметьте, что это аналогично случаю применения асинхронного двигателя. В районе номинальной скорости, противо-эдс E_f и V₁ двигателя являются намного большими, чем падение напряжения на сопротивлениях статора, поэтому вышеупомянутое заключение вполне справедливо в районе номинальной скорости (номинальная частота). При низких частотах, это падение может быть значительным.

Типичные T-ω характеристики при регулируемом напряжении и переменной частоте представлены на рисунке 6.18.

Выражая частотную переменную f₁ как

где f₀, является номинальной частотой (обычно 50Гц), уравнение крутящего момента 6.34 принимает вид

Пологая, что синусоидальное распределение потока ротора, связывает среднеквадратичное значение напряжения E_f0, индуцируемого в статоре, действующего значения магнитной индукции ротора B_r, частоты f₀, и числа витков статора N_s следующим соотношениемE_fo = 4.44f₀N_sB_rA , где А – эффективная поверхность каждого полюса статора.

Из выражение 6.37 видно, что если соотношение V/f остается постоянным, то крутящий момент, развивающийся при данном δ, такой же как и максимальный крутящий момент, который развивается во всем диапазоне скоростей. Заметьте, что этот результат основывается на допущении незначительного сопротивления статора..

Заметьте, что приложение симметричного 3-х фазного синусоидального напряжения V₁ к обмоткам статора также ведет к появлению вращающегося поля согласно соотношению V₁ = 4.44f₁N_sB_sA 6.38

где B_s – действующее значение магнитной индукции статора при питании только статора. Развиваемый момент может также рассматриваться согласно тенденции совмещения полей статора и ротора B_s и B_r соответственно.

1. Управление без обратной связи

Из предыдущего исследования следует, что регулятор частоты вращения разомкнутого контура должен состоять из V/f регулятора как обозначено на рисунке 6.19. Вводимое значение частоты f₁, частоты источника питания двигателя выбирается согласно желаемой скорости и условию сохранения отношения входного напряжения f₁ к частоте. Для этого может использоваться синусоидально-модулированный (SPWM) инвертор. Изменение задания на скорость должно быть таким, что бы ограничение δ(=90°) – никогда не превышалось. Для этой цели может использоваться фильтр в канале задания скорости



Обычно, V₁ возрастает пропорционально росту f₁, до тех пор, пока номинальная частота(скорость) не будет достигнута. После этого, V₁ поддерживается постоянным на уровне V₀, которое является номинальным напряжением двигателя. Но для работы на скорости выше основной, увеличивают только частоту f₁. Однако это, согласно уравнению 6.38, ослабляет потокосцепление статора.

2. Работа с ограниченными V и δ.

Когда доступен датчик установившегося положения вала, вектор потокосцепления ротора каждой фазы обмотки может быть разложен на фазу и амплитуду. (Есть также другие способы измерить угол δ.). Максимальный угол между напряжениями статора V_1a, V_lb, и V_1c (то есть, δ₁), и векторами потокосцепления ротора, для каждой фазы, может быть ограничен на уровне заданной величины. Максимальный развиваемый момент тогда

6.39

Механическая скорость, для любой частоты f₁ определяется рад/с. Максимальный развиваемый момент определяется ограничением угла δ. Если напряжение питания V₁ (эффективное значение) остается постоянным, как при работе на скорости выше номинальной, двигатель перейдет на постоянную характеристику максимальной мощности, определяемую

6.40



3. Работа с переменной частотой в области низких частот

Обратимся к векторной диаграмме, показанной на рисунке ниже, в которой R - не учитывается..



Из векторной диаграммы

6.41

6.42

Решая относительно I_d и I_q , из 6.41 и 6.42

6.43

6.44

Развиваемая мощность составляет

Watts/phase

Watts/phase

Watts/phase 6.45

Полный развиваемый момент для всех трех фаз

Nm

Nm 6.46

Выразим частоту f₁ через номинальную частоту f₀, как



итак E_f1 = λE_f0 = λe₀V₀, где удельное напряжение возбуждения при номинальной частоте (скорости). Реактивное сопротивление фазы при частоте f₁



где и X_s0 - синхронное реактивное сопротивление двигателя при номинальной частоте (скорости).

Согласно уравнению 6.46 развиваемый момент



Nm 6.47

Nm 6.48

Дифференцируя числитель 6.48 относительно δ и приравняв его к нулю, видно, что максимальный вращающий момент имеет место при δ_max

6.49

Используя это δ_max для λ, из уравнения 6.49, можно найти максимальный вращающий момент для любой скорости, согласно уравнению 6.48. Даже у привода с постоянным отношением V–f, максимальный момент, развиваемый двигателем, падает при низкой скорости из-за падения напряжения в сопротивлении статора. T–ω характеристика двигателя на рисунке 6.22 ясно демонстрирует, что снижение максимального момента двигателя, развиваемого при низких скоростях, когда сопротивление статора не незначительно.



Заметьте, что в районе номинальной частоты, λX_SO>> R и R≈0, так, что уравнение вращающего момента 6.48 стало идентично 6.34.

При низких частотах, где λ ≈0, X_s1 и E_fl незначительны. Из 6.41 и 6.42

6.50

6.51

отсюда

Уравнение 6.52 подразумевает, что усиление разности потенциалов частоты нулевого порядка должно соответствовать

6.53

Из 6.48 развиваемый момент в области в низких частот

6.54

Следовательно, при низкой скорости, T_max достигается при δ= 0°

Увеличение разности потенциалов при нулевой скорости (= R x l_rated) ведет к тому, что двигатель развивает полный расчетный вращающий момент при нулевой скорости. Увеличение разности потенциалов нужно постепенно понизить до нуля, поэтому при номинальной скорости, не применяется увеличение разности потенциалов.

VSI привод с явнополюсным двигателем

Пренебрегая сопротивлением статора R, которое означает работу явнополюсного двигателя в области номинальной или повышенной частоты, развиваемый момент из уравнения 6.33,

Как прежде, для любой заданной частоты f₁ = λf₀,

; ; ;

где нижний индекс o обозначает номинальную частоту. Используя это, развиваемый момент

Таким образом, если V1/f1 отношение сохраняется постоянным, тот же самый максимальный вращающий момент достигается для всех скоростей

Разомкнутый регулятор скорости будет подобен изображенному на блок-схеме, расположенной на рисунке 6.19. Но с другой стороны, если угол нагрузки ограничен некоторым произвольным значением δ₁, и напряжение питания также остается постоянным, то расчетная величина V₀, уравнения вращающего момента 6.57, имеет вид

Уравнение 6.58 дает представление о постоянной мощности, как о T–ω характеристике, подобной таковым из раздела 6.4.1.2 (рисунок 6.20).

1. Низкочастотная работа явнополюсного двигателя.

При низкой частоте, падение напряжения в сопротивлении статора может быть значительно. Обратимся к векторной диаграмме явнополюсного двигателя с R≠0, как показано на рисунке ниже.

Решая относительно I_d и I_q из 6.61 и 6.62

Обратите внимание при низкой скорости, где λ ≈0, пока X_d, X_q, и E_f малы. Эти результаты ожидаемы и подразумевают, что нулево-частотное увеличение разности потенциалов имеет место при

Напряжение статора частоты должно таким образом быть установлено при низкой частоте как обозначено уравнением 6.66. Согласно уравнению 6.53 это также имеет место для неявнополюсного двигателя..

Для произвольной частоты источника питания f_l = λ _f0, и входного напряжения V₁

Nm 6.68

Из уравнения 6.68 видно, что максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем, уменьшается по мере уменьшения частоты (f₁) или скорости, если сопротивление статора R значительно. Как прежде, условие (δ_max), при котором возможно развитие максимального момента при любой частоте, может быть получено продифференцировав 6.68 и прировняв к нулю. T_max находится подставляя δ_max в уравнение 6.68. Выражение для δ_max не приведено здесь ради краткости. T–ω характеристики для привода с постоянным соотношением V-f, для различных частот, будут подобны по форме показанным на рисунке 6.26.

<<< Предыдущая

Вернутся к Библиотеке