Способы управления векторным преобразователем частоты вращения асинхронных электродвигателей

:Лабораторная работа №1

Способы управления  векторным преобразователем частоты вращения асинхронных электродвигателей.

Цель работы.

Изучение возможностей частотного преобразователя серии DF-5 и освоение способов регулирования его параметров.

1.  Общие сведения.

Асинхронный двигатель с автоматически управляемой частотой и амплитудой подводимого напряжения к статору двигателя позволяет по сравнению с двигателями постоянного тока позволяют обеспечить электроприводу более высокое быстродействие с относительно малыми потерями энергии в переходном режиме, а в установившемся режиме –плавное, в широком диапазоне регулирование скорости.

Экономические выгоды частотного управления синхронными двигателями особенно существенны для приводов повторно-кратковременного режима, для приводов с длительной нагрузкой и частыми реверсами, высокоскоростных механизмов (подьемно-транспортные устройства, продольно-строгальные, шлифовальные станки и другие высокоскоростные установки).В последнее время такие системы управления  оборудованные датчиками скорости и контурами регулирования нашли широкое применение для поддержания  заданной температуры жидкости в системах управления насосами. Использование регулируемого в широких пределах двигателя позволяет приблизить его по скорости вращения к рабочему механизму, и, как следствие, упростить кинематические связи, что позволяет механизмам реализовать более точно заданные требования.

   Возможные методы регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей (n) могут быть определены из выражения:

                                   () = () ,                                     (1.1)                                                     

где р-число пар полюсов в обмотке статора,

-cинхронная частота  вращения, т.е. частота вращения магнитного поля,

-частота переменного тока в сети,

s-скольжение, измеряемое в процентах или долях единицы:

                                                         s =                                                                    (1.2)

 Из выражения (1) следует, что частота вращения ротора  n  зависит от числа пар полюсов -  p, cкольжения-s и частоты переменного тока-f. Следовательно регулирование частоты вращения возможно изменением любого из этих параметров.

 Регулирование скорости вращения двигателей изменением числа пар полюсов находит широкое применение в многоскоростных электроприводах, допускающих ступенчатое регулирование частоты вращения ( привода лифтов, станков, вентиляторов и т. п. ).

Достоинством этого способа регулирования является возможность обеспечения неизменного значения  коэффициента полезного действия  и коэффициента мощности двигателя при переходе из одной частоты на другую. Однако, повышенные габариты, сложность двигателя и коммутационной аппаратуры  и, как следствие, высокая стоимость являются их недостатками.

 Изменение (увеличение) скольжения двигателя, приводящее при неизменном нагрузочном моменте к уменьшению скорости вращения, возможно путем уменьшения подводимого к двигателю напряжения. Однако, при этом возрастает электрические потери в роторе, величина которых пропорциональна скольжению. Это приводит при работе на низких частотах к значительному снижению коэффициента полезного действия двигателя, увеличению потребляемого из сети тока и, как следствие, возможному перегреву двигателя

 В последнее время широкое применение получил способ регулирования  скорости вращения ротора асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения – частотное регулирование. Это связано с успехами в развитии средств микроэлектроники и силовых полупроводниковых коммутирующих приборов и, в частности, IGBT-ключей, что позволило создать преобразователи частоты в приемлемых  для применения массогабаритных характеристиках.

 Упрощенное выражение  для оценки максимального момента асинхронного двигателя (М_max) при частотном регулировании имеет вид:

                                                                   М_max  C ,                                                     (1.3)

где С – постоянная для конкретного двигателя величина,

 -подводимое к обмотке статора  напряжение.

Из этого выражения следует, что с изменением частоты питающего напряжения f_1,  меняется величина максимального момента, а следовательно его перегрузочная способность  λ, равная отношению максимального момента к номинальному (М _ном ):

                                                                 .                                                     (1.4)

Поэтому, чтобы сохранить перегрузочную способность двигателя на требуемом уровне необходимо одновременно с изменением частоты питающего напряжения f₁ изменять и величину напряжения U_1,    подводимого к обмотке статора.

 Характер одновременного  изменения  f₁  и U₁ зависит от вида графика изменения  статического момента нагрузки (Мс). Если момент нагрузки постоянный , то напряжение U₁  должно регулироваться пропорционально изменению частоты f₁ в соответствии с выражением:

                                                  U₁  =                                                                    (1:5)