Лабораторная работа №2

Цель работы: получить практические навыки настройки преобразователя частоты «Danfoss FC – 302», исследовать работу электропривода, выполненного по системе «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» с законами регулирования класса .

Общие положения

Основной выходной координатой силового привода является электромагнитный момент, значение которого для асинхронного двигателя при переменных значениях величины и частоты напряжения питания определяется по выражению

, (2.1)

где – число фаз статора;

– скольжение;

– синхронная угловая скорость;

– угловая скорость асинхронного двигателя;

– число пар полюсов;

– регулируемое значение частоты переменного напряжения, подводимого к обмотке статора;

– активное сопротивление фазы обмотки статора;

– индуктивное сопротивление короткого замыкания при номинальной частоте питающей сети;

– индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора при номинальной частоте питающей сети;

– активное сопротивление фазы обмотки ротора, приведенное к обмотке статора; – индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки ротора при номинальной частоте питающей сети, приведенное к обмотке статора; – фазное напряжение обмотки статора; – индуктивное сопротивление от главного поля при номинальной частоте питающей сети; – относительное значение частоты питающего напряжения; – номинальное значение частоты напряжения статора асинхронного двигателя.

Зависимость (1.1) электромагнитного момента асинхронного двигателя от скольжения называется механической характеристикой асинхронного двигателя.

Механическая характеристика асинхронного двигателя имеет критический момент и критическое скольжение , которые определяются обычным способом, положив .

Тогда критический момент

. (2.2)

Критическое скольжение

. (2.3)

Знак (+) означает, что критический момент и скольжение относятся к двигательному режиму, знак (-) – к генераторному режиму рекуперативного торможения.

В отличие от параметрических способов регулирования скорости, изменение частоты питающего напряжения асинхронного двигателя влияет, как на его синхронную скорость, так и на его реактивные сопротивления, которые меняются пропорционально изменению частоты

; ; (2.4)

Если одновременно с частотой изменять и переменное напряжение обмоток статора асинхронного двигателя, то появляется возможность реализовать в системах «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» различные законы регулирования скорости. Для сравнительной оценки этих законов регулирования воспользуемся уравнением баланса мощностей асинхронного двигателя (без учета потерь в статоре):

, (2.5)

где – мощность, подведенная из сети; – мощность, преобразованная в механическую; – мощность потерь.

Из (1.5) следует, что при любом способе регулирования скорости асинхронного двигателя важно согласовать регулировочные механические характеристики двигателя с его нагрузкой.

По характеру зависимости момента механизма от его скорости – можно выделить следующие механические характеристики производственных механизмов:

· не зависящая от угловой скорости механическая характеристика

; (2.6)

· нелинейно-спадающая механическая характеристика или работа с постоянной мощностью

; (2.7)

· нелинейно-возрастающая механическая характеристика или вентиляторная нагрузка

(2.8)

В частотно-регулируемых электроприводах переменного тока зависимости (2.6) – (2.8) можно сформировать и для электромагнитных моментов двигателей. Например, при постоянном моменте нагрузки управление напряжением и частотой тока статора асинхронного двигателя должно осуществляться по закону

. (2.9)

При нелинейно-спадающей нагрузке – закон управления напряжением и частотой принимает вид:

. (2.10)

Наконец, при «вентиляторной» нагрузке напряжение и частота должны изменяться в соответствии с зависимостью

. (2.11)

Законы управления (3.9) – (3.11), связывающие напряжение, частоту и характер нагрузки, описываются формулой М.П. Костенко

, (2.12)

где – значение статического момента асинхронного двигателя при данной частоте (скорости вращения двигателя).

– номинальное напряжение питающей сети;

Из (3.7) следует, что, например, для привода, работающего с постоянной мощностью, увеличение скорости в четыре раза приводит к уменьшению статического момента также в четыре раза. Тогда, в соответствии с (3.10) при увеличении скорости и частоты в четыре раза, напряжение необходимо уменьшить в два раза. При этом потери в стале и на намагничивание уменьшаются, а перегрузочная способность двигателя остается примерно постоянной:

, (2.13)

где – критический момент асинхронного двигателя;

– статический момент на валу асинхронного двигателя.

Управление двигателем, в соответствии с соотношением (2.12), при ненасыщенной магнитной системе позволяет также сохранить практически неизменным коэффициент мощности и абсолютное скольжение электропривода, при этом его КПД не зависит от скорости. В этом и заключается основное достоинство частотного управления.

Таким образом, для того, чтобы наиболее эффективно реализовать принципы частотного управления асинхронным двигателем, необходимо в соответствии с видом нагрузки на валу двигателя управлять напряжением, подводимым к статору, взаимосвязано с изменением частоты тока статора. Однако закон управления (2.12) справедлив только в первом аналитическом приближении, когда активным сопротивлением статора можно пренебречь. В действительности при малых значениях частоты ( < ) падение напряжения на сопротивлении существенно снижает величину напряжения, прикладываемого к контуру намагничивания и критический момент асинхронного двигателя уменьшается. При более точном анализе, учитывающем падение напряжения на сопротивлении , механические характеристики принимают вид, показанный на рис. 2.1. Так, например, при законе управления предполагающем постоянство критического момента, наблюдается его снижение при уменьшении частоты .

Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя, определяющая зависимость приведенного тока ротора от скольжения , рассчитывается по выражению:

, (2.14)

Рис. 2.1. Механические характеристики производственных механизмов

и электроприводов «преобразователь частоты – асинхронный двигатель»

Электромеханические характеристики , построенные по (2.14) для трех законов регулирования класса , приведены на рис.2.2., где .

Рис.2.2. Электромеханические характеристики для трех

законов регулирования класса

Для короткозамкнутого асинхронного двигателя представляет интерес электромеханическая характеристика , отражающая зависимость тока статора от скорости (скольжения s). Ток статора определяется путем сложения вектора тока намагничивания и вектора тока ротора . Полагая ток намагничивания асинхронного двигателя реактивным, ток статора I₁ через приведенный ток ротора можно найти по формуле [4]

, (2.15)

где . (2.16)