Рекуперативные преобразователи частоты со звеном постоянного тока для трехфазных асинхронных двигателей, страница 5

Произведем расчет электромагнитных процессов при номинальной нагрузке и частоте в 2 раза меньше номинальной – 25 Гц. При этом согласно закону скалярного регулярного регулирования скорости   необходимо уменьшить в 2 раза амплитуду сигнала управления, и, как будет видно из рисунка 16, амплитуда первой гармоники напряжения также уменьшится в 2 раза.

Из формулы для определения момента

найдем скольжение

где М_н = 790 Н/м.

Сопротивление фазы двигателя

  Ом,

 Ом,

,

 мГн.

Зададим сигналы управления и опорное напряжение

,

,

,

.                

Рисунок 14 - Сигналы управления и опорное напряжение при f₂ = 25 Гц

Рисунок 15 - Напряжение на нагрузке фазы А в схеме с нулевым проводом при f₂ = 25 Гц

Рисунок 16 - Напряжение на нагрузке фазы А в мостовой схеме и его первая гармоника при f₂ = 25 Гц

Рисунок 17 - Линейное напряжение  при f₂ = 25 Гц

а)

 

б)

в)

Рисунок 18 – Ток и первая гармоника напряжения при f₂ = 25 Гц:

а - в фазе А; б - в фазе В; в - в фазе С

Рисунок 19 – Токи в фазах нагрузки при f₂ = 25 Гц

Все расчеты были произведены для номинальной нагрузки М = М_н. При недогрузке двигателя КПД и cosφ уменьшаются. Чтобы этого не происходило, необходимо уменьшать напряжение на двигателе при уменьшении момента. Момент находят по формуле

Тогда в двигательном и генераторном режимах номинальные моменты соответственно равны: в двигательном (s = 0,04)  = 790 Н/м, в генераторном (s = -0,04)   = -920 Н/м.

Это уравнение связывает три переменных величины: М, U1, s. Для того, чтобы скольжение оставалось номинальным при изменении момента, напряжение на двигателе необходимо изменять по закону

График полученной зависимости представлен на рисунке 20, где               β = М/М_н – коэффициент нагрузки.

Рисунок 20 – Зависимость напряжения на асинхронной машине от коэффициента нагрузки

 Рисунок 21 – Зависимость КПД и коэффициента мощности от коэффициента нагрузки при регулируемом и нерегулируемом напряжении в двигательном и генераторном режимах

Как видно из рисунка 21, при недогрузке двигателя энергетические показатели остаются на номинальном уровне, тогда как при постоянном напряжении значительно снижаются.

Рисунок 22 - Зависимость напряжения на асинхронной машине от котангенса угла φ в двигательном и генераторном режимах

Из рисунка 22 видно, что зависимость напряжения на двигателе при коэффициенте нагрузки  практически линейная.

 

Функциональная схема системы управления инвертором напряжения изображена на рисунке 23.

Рисунок 23 - Функциональная схема системы управления

Рисунок 24 - внутренняя структура микросхемы MAX038

Генераторы синусоидального напряжения выполним на основе микросхемы MAX038, внутренняя структура которой показана на рисунке 24. Рассмотрим генератор синусоиды фазы А. Схема включения показана на рисунке 25.

Рисунок 25 - Генератор синусоиды фазы А

На вход IIN через резистор R1 подается напряжение управления частотой, причем частота равна

.

Рекомендуемое значение входного тока (10 – 400) мкА. Возьмем U_f = 5В, R1 = 30 кОм рассчитаем значения I_IN и C1.

,

 мкА.

,

 мкФ.

При минимальной частоте 5 Гц напряжение равно

,

 В.

Для генерации частоты 50 Гц следует увеличить напряжение до

,

 В.

Рекомендуемые значения элементов: R2 = 12 кОм, С2 = 1 нФ, С3 = С4 = 1 мкФ.

Амплитуда выходного сигнала составляет 1В.

Для реализации скалярного управления двигателем требуется уменьшать амплитуду сигнала управления с уменьшением частоты. Для этого после генератора синусоиды установим усилительный каскад на основе операционного усилителя (рисунок 26).

Рисунок 26 – Усилитель сигнала управления