1.7 Уравнения и соотношения в асинхронном двигателе

Расчеты токов и напряжений двигателей лучше выполнять исходя из эквивалентной цепи и векторной диаграммы двигателя (см. рисунки 7(с) и 10). Наиболее прямой подход заключается в первоначальном предположении того факта, что всегда имеется постоянное значение потока в воздушном зазоре двигателя, т.к. при этом условии работает большинство двигателей, питаемых от частотно-регулируемого привода. Более строгий подход, предполагающий оценку работы при различных значениях потока, будет описан позже.

Уравнения при постоянном потоке

При условии постоянного потока значение индуцируемого напряжения Е1 будет всегда прямо пропорционально подаваемой частоте. Скорость скольжения будет также практически линейна по отношению к моменту. Если принять, что скольжение при номинальном моменте M_ном и номинальной частоте f_ном равно Sl_ном, то скорость скольжения определяется, как:

Скорость скольжения = [об/мин],

где Р - число полюсов двигателя, и поэтому скорость скольжения при любом конкретном моменте M определяется, как:

S_ск = M/M_ном  (Sl_ном  120  f_ном /P)

и поэтому скольжение S1 при любой частоте f определяется, как:

S1 = Скорость скольжения / синхронную скорость =

Теперь возможно определить параметры цепи ротора при любых условиях. Полное сопротивление цепи ротора Z2 определяется, как:

Z2 =

Так как мы предполагаем, что поток постоянен, то:

,

где E_ном номинальное значение индуцируемого напряжения. Поэтому

E1 = E_ном  f / f_ном

Ток ротора определяется, как:

I2 = E1/Z2

Значение угла коэффициента мощности тока ротора  может быть определен, как:

tan () =

Поэтому

 = arctan

Так как предполагается, что поток постоянен, то значение тока намагничивания остается неизменным для всех условий работы.

Ток потерь I_L будет изменяться с изменением Е1

I_L= Е1/R1

Следовательно, вертикальная составляющая тока I1 определится, как:

I_акт = I2  cos () + I_L

а реактивная составляющая

I_реакт = I2  sin () + Iмаг

Поэтому

I1 =

и

 = arctan (I_power/ I_react)

Наконец V1 может быть найдено прибавлением значения падения напряжения в R1 и L1:

Вертикальная составляющая V1 определяется, как:

V_акт = E1 +I1X1cos() + I1R1sin()

а реактивная составляющая

V_реакт = I1X1sin() - I1R1cos()

V1 =

и угол

 = arctan (V_react/ V_power)

Исходя из этого коэффициент мощности двигателя

Pfm = sin (-)

Электрические потери мощности в одной фазе двигателя:

Потери мощности = (I1)²R1 + (I2)²R2 + (E1)²/R_L

а общие потери мощности двигателя в трех фазах - в три раза больше. Скорость двигателя:

S = (1-S1)  (120  f/P) [об/мин]

Механическая мощность на валу двигателя:

Мощность на валу = 2    S  M/60 [Ватт]

Если момент измеряется в Ньютонах, то скорость будет в об/мин.

Система управления

Электрическая функциональная схема электропривода приведена на рисунке она имеет классическую структуру силовой части и состоит из асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; трехфазного мостового инвертора на модулях IGBT (VT и VD); сглаживающего фильтра L₀, С₀ с разрядным резистором R₀; демпфирующей цепи R₁, С₁; трехфазного мостового выпрямителя на диодных модулях UZ.

Управляющим ядром электропривода является микропроцессорный контроллер, выполненный на однокристальной микроЭВМ с аналоговыми и цифровыми выходами DSP-10A (K1899BE1), которая по своим аппаратным возможностям и системе команд относится к классу сигнальных микропроцессоров. Однако более эффективное решение достигается с использованием 16-разрядного высокопроизводительного микроконтроллера фирмы INTEL серии MCS-96 8C196MC или 8C196MH. Процессор 8C196MH является разработкой 1995 года и относится к классу микроконтроллеров для прямого цифрового управления двигателями. Он отличается от расширенным объемом памяти 32Кбайта (16Кбайт для МС) и внутренней регистровой памяти данных 768 байт (против 512 в МС). Кроме того, усовершенствована система ввода-вывода последовательной информации, что позволяет строить высокопроизводительные мультимикропроцессорные системы управления. Главная особенность микроконтроллеров МС/МН - интеграция на кристалле значительного количества периферийных устройств, специально ориентированных на управление двигателями.

Рис.12 Электрическая функциональная схема электропривода.

Для ввода-вывода информации служит пульт управления DS с командными кнопками, светодиодным дисплеем, а также устройство сопряжения ТВ, обеспечивающее обмен электрическими сигналами и информацией с внешними объектами.

Транзисторы IGBT имеют полевой вход и управляются через драйверы UD двухполярным напряжением, «верхние» драйверы на рисунке питаются от гальванически развязанных источников U1, U2, U3, а нижние от одного источника U4, общего для них и устройства быстродействующей защиты транзисторов от сквозных токов FA.

Непосредственно в преобразователе имеется минимально необходимое количество датчиков, измеряющих напряжение сети U_C (трансформатор вторичного источника питания), ток сети I_C (трансформатор тока TA_C) и токи в фазах двигателя I_a, I_b (трансформаторы тока TA_a,TA_b).

Преобразователи частоты