РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА

ДВ.С. Петрушин, канд. техн. наук, доц.,
С.В. Рябинин, инженер

Источник: http://www.nbuv.gov.ua/articles/ospu/opu_98_1/2_14.htm

       Одним из видов частотного асинхронного привода является привод с циклоконвертором (непосредственным преобразователем частоты). Он позволяет осуществлять регулирование скорости приводного механизма вниз от номинальной. К числу достоинств таких приводов относятся лучшие массогабаритные и стоимостные показатели по сравнению с частотными приводами, использующими автономные инверторы. Кроме того, они проще по конструкции и надежнее в работе. Параметром регулирования циклоконвертора является отношение выходной частоты циклоконвертора w₂ к входной частоте w₁. Выходное напряжение преобразователя, состоящее из участков синусоиды напряжения сети, зависит также от способа управления, вида модуляции входного напряжения, закона частотного регулирования. Исследования проведены для наиболее распространенных 18-вентильных схем циклоконверторов при согласном способе управления и фазовой модуляции с модулирующей функцией прямоугольного типа.

       Для рассматриваемой силовой схемы преобразователя число тактов выпрямления четное (m=6). С учетом допущений об идеальности вентилей и источника питания возможно определение выходного напряжения при прямоугольной модуляции и совместном управлении [1]. Выходное напряжение содержит два семейства гармоник: кратныx выходной частоте f_2n1 = (2k + 1)f₂ и комбинационных гармоник, связанныx с дискретностью преобразователя f_2n2 = [pmf₁±(2k + 1)f₂].

       Для получения рабочих характеристик асинхронного двигателя (АД) при питании от непосредственного преобразователя частоты необходимо учесть наличие гармонических составляющих в выходном напряжении циклоконвертора. С этой целью реальный АД представляется в виде ряда условных двигателей, питаемых напряжениями отдельных гармоник. Для каждого условного двигателя, используя его схему замещения, выполняются расчеты электрических, механических, тепловых величин. Затем, с помощью метода суперпозиции определяются величины, характеризующие работу реального двигателя. При этом следует учитывать, что в процессе регулирования параметры схем замещения условных двигателей изменяются. В современной научной и учебной литературе принимается, что индуктивные параметры пропорциональны номеру гармоники (v), а активные не изменяются для машин малой мощности и пропорциональны номеру гармоники для машин средней мощности [2]. Такое допущение некорректно, поскольку значения параметров зависят не только от номера гармоники (т.е. частоты гармоники), но и от величины гармоники питающего напряжения и скольжения условного двигателя.

       Для расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя предлагается математическая модель, обеспечивающая совместное рассмотрение циклоконвертора, двигателя и механизма и учитывающая наличие высших гармонических питающего двигатель напряжения и изменение параметров схем замещения условных двигателей. В нее входит аналитическая модель непосредственного преобразователя частоты, определяющая гармонический состав напряжения в любой точке регулирования и учитывающая соответствующие законы частотного управления (позволяет вести анализ при восьми предполагаемых законах), модель двигателя, основанная на схемах замещения условных двигателей, питаемых напряжениями определенных гармоник, и характеристика механизма нагрузки. Данная математическая модель позволяет учитывать насыщение стали магнитопровода и вытеснение тока в обмотках АД.

       При разработке математической модели принимались следующие упрощающие допущения: обмотки статора и ротора симметричны, магнитные поля отдельных гармоник распределены в воздушном зазоре синусоидально, вентили идеальны, нет взаимного влияния гармоник напряжения.

       Параметры схемы замещения рассчитываются для любой гармоники, используя значения величины и частоты напряжения питания, скольжения для конкретной нагрузочно-регулировочной точки. Найденные параметры совместно с величиной подводимого напряжения дают возможность определить величины, характеризующие работу условных двигателей.

       Рассчитаны семейства рабочих характеристик асинхронного двигателя мощностью 15 кВт для заданных параметров регулирования при приближенном и точном учете по предложенной математической модели изменения параметров схем замещения. Закон частотного регулирования определен U/f=const. Регулировочные характеристики (ni. ?enoiie) получены при наложении на семейство рабочих характеристик характеристики механизма на валу. В качестве такого механизма выбрана нагрузка с постоянным номинальным моментом. Регулировочные характеристики представляют собой зависимости изменений энергетических показателей (КПД - h, коэффициента мощности - c), потребляемых двигателем тока и мощности в процессе регулирования при заданной нагрузке. Таким же образом может быть осуществлен анализ работы любых АД в системах электропривода с непосредственными преобразователями частоты при раздельном способе регулирования, других видах модуляции, других законах частотного управления

       Аналогичная математическая модель предложена для расчета рабочих характеристик асинхронных двигателей при фазовом регулировании в системах электропривода "тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель". Корректность ее подтверждена экспериментально [3]. В рассматриваемой системе привода отличие заключается в типе преобразовательного устройства. Определение величин и частот гармоник питающего двигатель напряжения циклоконвертора рассмотрено достаточно полно теоретически и экспериментально [1]. В предлагаемой математической модели используется это определение. Моделирование двигателя осуществляется, как и при фазовом регулировании.

       Сопоставление характеристик показывает наличие значительного расхождения между характеристиками, полученными при приближенном и при точном учете изменения параметров схем замещения. Предлагаемая математическая модель может быть использована как при обоснованном выборе, так и при проектировании двигателей для приводов с циклоконверторами.

       ЛИТЕРАТУРА

1. Фираго Б.И. Непосредственные преобразователи частоты в электроприводе. - Минск, 1990. - C. 28 - 35.

2. Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А.Е. Электрические машины. - М.: Высш. школа., 1988. - C. 92 - 93.

3. Лысенко С.И., Петрушин В.С., Слободниченко Б.И. Учет изменения параметров схем замещения асинхронных электродвигателей при фазовом регулировании // Электромашиностроение и электрооборудование. Республ. межвед. науч.-техн. сб. - Одесса, 1997. - Вып. 49. - С. 48 - 53.