С
целью стабилизации потока А.А.Булгаковым были предложены замкнутые системы
частотного управления, обеспечивающие соблюдения условия 
/17,18/. Однако, исследования показали, что заметных
преимуществ в отношении перегрузочной способности, кпд и коэффициента мощности
двигателя по сравнению с системой М.П. Костенко они не имеют, а практическая
реализация их значительно сложнее /17/.
Оптимальные
по критерию полных потерь системы частотного управления асинхронными
двигателями были предложены А.С. Сандлером и Р.С. Сарбатовым /18/. В
соответствии с их теорией максимальное значение кпд двигатель имеет при
некоторой частоте токов ротора (или абсолютного скольжения 
), нелинейно зависящего от
частоты f1 и электромагнитного
момента. Поэтому такие системы относятся к поисковым системам экстремального
регулирования по минимуму потребляемой мощности.
Одним из вариантов системы частотного управления асинхронными двигателями является частотно-токовая система, обеспечивающая максимальное отношение электромагнитного момента к квадрату потребляемого тока /17/:
.
(1.2)
Управление по критерию (1.2) является универсальным, пригодным для управления ТАД в переходных и установившихся режимах.
В настоящее время для управления асинхронными электродвигателями широко применяются системы управления, построенные на основе тиристорного преобразователя напряжения или тока. Кроме своей основной задачи – плавного изменения частоты вращения ротора двигателя, они часто реализуют и энергосберегающие функции при работе недогруженного двигателя в зоне номинальной скорости путем применения широтно-импульсной модуляции питающего напряжения (ШИМ) /16/. В этом случае двигатель питается пониженным напряжением, выбираемым таким образом, чтобы обеспечить либо минимум потребляемой активной мощности, либо минимум потерь в двигателе. При этом снижается и реактивная мощность, потребляемая двигателем .
Энергосберегающий режим работы двигателя требует поддержания определенной скорости, выбираемой из условия оптимизации. В этом случае угол нагрузки двигателя остается неизменным, а активная (и реактивная) мощности снижаются пропорционально квадрату напряжения.
Вместе с тем известно, что при регулировании напряжения тиристорные преобразователи увеличивают потребление реактивной мощности системы /19/. При этом значение эквивалентного угла нагрузки зависит от глубины регулирования напряжения. Результаты расчетного исследования системы тиристорный преобразователь напряжения – асинхронный двигатель показывают, что даже при номинальной частоте вращения ротора двигателя реактивная мощность системы существенно больше реактивной мощности одного двигателя.
Управление
по критерию (1.2) при 
и
обеспечивает минимальное
потребление тока статорной обмотки, т.е. выполнение условия 
. Такое управление
установившимися режимами оказывается близким к управлению по минимуму полных
потерь в электродвигателе и инверторе (17). Достоинством частотно-токового
управления, облегчающим его практическую реализацию, является то, что 
, соответствующее 
и определяемое из тождества
,
не
зависит от частоты напряжения цепи статора, а определяется только нагрузкой
двигателя, т.е. 
.
В основу работы частотно-токовой системы положен принцип управления вектором электромагнитного момента. Впервые принцип построения системы управления асинхронным двигателем, в котором использовалась его векторная модель с ориентацией системы координат по потокосцеплению ротора предложил в 1971 г. F. Blaschke. Сущность предложенного метода, получившего впоследствии название векторного, заключалась в использовании в системе управления передаточных функций обратных, по отношению к передаточным функциям векторной модели асинхронного двигателя, что позволяло получить в качестве независимых входных переменных системы величины, входящие в уравнение электромагнитного момента. Поэтому второе название этого метода управления – прямое управление моментом асинхронного электродвигателя /1,20,21,22/. Использование в векторной модели асинхронного двигателя системы координат, ориентированной по одному из векторов, входящих в уравнение электромагнитного момента, значительно упрощает передаточные функции системы и позволяет электромагнитный момент двумя независимыми переменными.
Модуль вектора электромагнитного момента в этом алгоритме определяется по мгновенной ориентации векторов вектор потокосцепления ротора и тока статора двигателя:
, (1.3)
где р - число пар полюсов двигателя;
Lm, L2 - соответственно взаимоиндуктивность обмоток статора и ротора, и индуктивность клетки ротора;
-
вектор потокосцепления ротора;
-
вектор тока статора;
-
угол между векторами 
и
,
Поэтому регулирование МЭМ осуществляется:
-
управлением модулями 
и
;
-
управление 
.
1.2. Применение асинхронного тягового электродвигателя на подвижном составе
Высокие удельные показатели использования ТАД определяют целесообразность использования их на локомотивах.
По данным фирмы ВВС электровоз Е-1200 с асинхронными тяговыми электродвигателями при трогании поезда с места реализовал силу тяги 355 кН, что на 27% больше, чем электровоз ЕА-1000, в энергетической цепи которого используются тяговые электродвигатели постоянного тока. Это положение убедительно подтверждается данными по расходу песка. В процессе эксплуатации электровоз ЕА-1000 расходовал 504 кг/(млн. т-км) песка, а электровоз Е-1200 – только 176 кг/(млн. т-км) /10/.
Аналогичные результаты были получены при тягово-энергетических испытаниях опытного электровоза с ТАД ВЛ80а-751 отечественного производства, который одним двигателем при трогании поезда с места реализовывал силу тяги 105 кН /10/.
Кроме того, тяговые испытания опытных образцов электровозов ВЛ80а-338 и ВЛ80а-751 показали, что при допустимой в эксплуатации разнице в диаметрах колес 10 мм, расхождение в нагрузках по параллельным тяговым двигателям не превышает 8-10%, а при разнице 5-6 мм в диапазоне номинальных нагрузок 4-6%. Этот показатель не хуже соответствующего показателя серийных электровозов с коллекторными тяговыми двигателями.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.