Структурные схемы электроприводов

9.4 Структурные схемы электроприводов

 

Полная структурная схема электропривода включает в себя структурные схемы составных частей: механической части, электромеханического преобразователя энергии, электрического преобразователя и задающего устройства.

Структурная схема системы ПЧ – АД в общем виде сложна. Если допустить определённые ограничения (β = const, Мк = const и др.), то для настройки систем управления можно составить структурную схему для рабочего участка механической характеристики. Однако при таких допущениях возникают погрешности в расчётах электромеханического преобразования энергии. Отсутствуют способы расчета токов в цепях двигателя. Существенно искажаются показатели нагрева, так как для расчета приходится использовать метод эквивалентного момента, также искажаются энергетические показатели системы электропривода. Поэтому сложность структурной схемы ПЧ – АД зависит от задач, которые с её помощью нужно решать.

10. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

10.1 Естественные характеристики асинхронного двигателя

 

Наиболее точной механической характеристикой асинхронного двигателя является каталожная зависимость М(S), и лишь при отсутствии каталожной зависимости приходится обращаться к приближенным расчетам.

При увеличении номинальной мощности Рн двигателя величина активного сопротивления статора снижается, а при Рн > 10 кВт можно пренебречь его величиной r1 ≈ 0. Тогда a = 0 , выражение механической характеристики (14.14) преобразуется к виду:

а выражение критического скольжения – к виду:

где μк – перегрузочная способность асинхронного двигателя.

Момент потерь холостого хода асинхронного двигателя Мх рассчитать довольно сложно из-за отсутствия каталожных данных по сопротивлениям статора и ротора. Поэтому в расчетах асинхронного электропривода можно не учитывать момент потерь холостого хода (Мх ≈ 0), а электромагнитный момент в установившемся режиме принимать равным статическому моменту.

Электромеханические характеристики асинхронного двигателя – зависимости частоты вращения ротора ω от тока статора ω(I1) , от тока ротора ω(I2), от тока намагничивания ω(Iμ). Расчет этих зависимостей достаточно сложен, так как необходим учет сопротивлений статора и ротора и их изменений в зависимости от частоты токов ротора и статора. Также при расчете необходимо учитывать изменение сопротивления контура намагничивания с помощью кривой намагничивания. Чаще всего на стадии проектирования электропривода сопротивления обмоток и кривая намагничивания не известны.

С достаточной точностью для расчета электромеханических характеристик двигателя при питании от цеховой сети (напряжение постоянной амплитуды и частоты) можно использовать формулы профессора В.А.Шубенко. Эти формулы получены при не учете активного сопротивления статора (r1 = 0) и используют только каталожные данные двигателя. Ток холостого хода (ток намагничивания):

Ток статора

  10.2 Расчет частоты и напряжения двигателя в системе ПЧ–АД при работе в заданной точке

При питании асинхронного двигателя от преобразователя частоты в процессе преобразования напряжения промышленной частоты в напряжение регулируемой амплитуды и регулируемой частоты возникают потери напряжения и мощности в преобразователе. Обычно такие преобразователи имеют внутренние обратные связи, и при изменении нагрузки двигателя выходное напряжение и частота практически не изменяются. Поэтому в дальнейшем напряжение и частоту на статоре двигателя будем считать независящими от нагрузки.

Синхронная скорость двигателя ω0 зависит от частоты питающей сети f1 и числа пар полюсов рn:

Для устойчивой работы двигателя необходимо при изменении частоты поддерживать перегрузочную способность двигателя, что обеспечивается регулированием напряжения на статоре по различным законам в зависимости от частоты и от характера изменения статического момента. Эти особенности необходимо учитывать при расчете частоты и амплитуды напряжения.

Частота напряжения в заданной точке:

10.3 Расчет частоты и тока статора двигателя в системе источник тока – асинхронный двигатель (ИТ-АД)

При работе двигателя в режиме частых пусков и торможений большое значение имеют условия формирования пусковых и тормозных моментов. Механические характеристики асинхронного двигателя при питании от преобразователя частоты, работающего в режиме автономного источника напряжения, существенно снижают критический момент в зоне малых частот. Здесь существенно влияет активное сопротивление обмотки фазы статора r1. Для увеличения момента в зоне малых частот приходится повышать напряжение на статоре.

При питании статора двигателя от источника тока величина тока статора не зависит от нагрузки двигателя, а определяется лишь управляющим воздействием. Для предварительного расчета принимают Мкт =(2…3)Мзад, обеспечивая этим перегрузочную способность двигателя, и определяют величину тока статора

Механические характеристики строят по формуле

где

;

Характеристика M=f(S) приведена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Характеристика M=f(S) асинхронного двигателя

Механическая характеристика двигателя строится по 4 основным точкам (см. рисунок 9).

Рисунок 9 – Основные точки механической характеристики двигателя

Точка 1: n₀ = (60 f) / p, Точка 2 с координатами n_н и М_н. Номинальная частота вращения n_н задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле:

 

Точка 3 с координатами М_кр n_кр. n_кр = n₀ (1 - S_кр),

Точка 4 имеет координаты n=0 и М=М_пуск. Пусковой момент вычисляют по формуле М_пуск = М_н λ_пуск Механическая характеристика двигателя приведена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Механическая характеристика асинхронного двигателя