Управление асинхронным двигателем при постоянной мощности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭНЕРГЕТИКА

УДК 621.314 А. В. КОРОБКО

УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПРИ ПОСТОЯННОЙ МОЩНОСТИ

Теоретически обоснован предельный диапазон регулирования скорости асинхронного двигателя при частотном управлении во второй зоне регулирования для закона// =var при V\ = const.

Показано, что этот диапазон D2 не превосходит кратности X асинхронного двигателя по критическому моменту.

Существующие двухзонные электроприводы постоянного тока обеспечивают D? = 1:8, что существенно снижает область применения частотно-регулируемого асинхронного электропривода в технологических установках с широким диапазоном регулирования при постоянной мощности.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, постоянная мощность, частотное управление, диапазон регулирования, кратность момента.

Бесспорное лидерство асинхронного частотно-регулируемого электропривода обусловлено следующими причинами:

1. Простотой и надёжностью АД.

2. Высокими конструктивными и эксплуатационными показателями, прежде всего, удельными весогабаритными (кВт/кг, кВт/м3).

3. В связи с быстрым развитием силовой полупроводниковой схемотехники и микропроцессорных систем управления так же быстро снижается удельная затратная стоимость (руб./кВт).

Частотно-регулируемый электропривод с АД в настоящее время получил широкое внедрение во многих промышленных установках, где требуется регулирование скорости при М = const. Однако существует большое количество разнообразных механизмов, где наиболее экономичным и предпочтительным является двухзонное регулирование, причём приоритетом обладает вторая зона при Р = const. Это главные электроприводы станков, электроприводы наматывающих барабанов, тяговые электроприводы подъёмно-транспортных средств и многие другие.

Известно, что для реализации закона Р = const при регулировании частоты статора fj выше номинальной f\H требуется повышение напряжения статора U| относительно номинального значения U|„ в -J f /f ь, раз [1 J.

А. В. Коробко. 2008

Между тем выпускаемые отечественной промышленностью АД, даже новой серии 5А, не допускают повышения напряжения статора выше номинального. В этом случае единственным вариантом остаётся реализация закона регулирования flH<f, = var при U| = U|„= const. Значение критического момента при ненасыщенном маг-нитоприводе уменьшается согласно [ 1 ]:

Мк - ^

2ш0Хк (I)

где хк - индуктивное сопротивление короткого замыкания АД; соо = 2nf\ / р - угловая частота вращения; р - число пар полюсов.

Поскольку с повышением частоты f| пропорционально возрастают to 0 и хк = 27cf|LK3, то значение Мк уменьшается обратно пропорционально fi2 (рис.1):

MK2/MK = {fUl/^)\ (2)

где Мк2 - значение критического момента во второй зоне.

Номинальное значение момента М„ по условиям нагревательной способности АД должно уменьшаться обратно пропорционально \\:

MH2/MH = fhj/f,, (3)

где М„2 - значение номинального момента во второй зоне.

Рис. 1. Механические характеристики частотно-регулируемого АД для законов U| !Jf\ - const и f, = var при Uj = const

Реализация закона (3) возможна как в системе векторного, так и скалярного управ-лезначения М||2 в сторону МК2 при увеличении Г|, перегрева АД происходить не должно, поскольку Мц2*со 02 < Р„. Согласно (3) реализация закона Р = const возможна лишь до некоторого

значения со02 (рис. 1), пока Мн2 < Мк2. Очевидно,

что диапазон регулирования D2 - (О02 / ©о зависит от кратности момента X = Мк/Мн. Для АД серии 5А Х = 1,8....2,2.

Поэтому, считая участок механической характеристики линейным вплоть до значения Мк2> получим для Р - const D2 < X. При дальнейшем увеличении частоты мощность уменьшается:

Р.. = Рн О)02V СО02 > 0)02# > ®02 • (4)

Двигатели постоянного тока (ДПТ) серии 4ПФ имеют диапазон регулирования во второй зоне до 8 [3]. Очевидно, что при столь глубоком регулировании с Р = const асинхронный частотно-регулируемый электропривод с законом Г| = var, U1 = U |н = const никакой конкуренции двухзонному электроприводу с ДПТ не составляет.

Некоторый компромисс может получен путём технико-экономического сравнения при требуемом по условиям технологии диапазона регулирования D2~ со,тах/ Otmin^ 2,5...4 (рис. 2).

Двухзонный электропривод с ДПТ может

обеспечить требуемую технологическую диаграмму с выбором номинальной мощности, равной расчётной технологической мощности Рн = Ррасч» а электропривод с АД лишь с завышением мощности Рн > Ррасч Поскольку это ведёт к завышению весогабаритных показателей и снижению эксплуатационного КПД, необходим

^'rrnin СО\о &Л)2тах ^гтах

С°0 СО о2 тах

Рис. 2. Технологическая диаграмма (1) Р (со) и диаграммы номинальных загрузок двухзонных электроприводов с ДПТ (2) и АД (3)

сравнительный анализ для каждого конкретного случая.

При создании специальных АД с повышенным напряжением возрастают габариты вследствие увеличения толщины изоляции, ухудшается теплоотдача проводников обмоток статора. Возникает так же вопрос: что считать за номинальную точку?

Поскольку получение однозначных зависимостей требуемых показателей от варьируемых параметров пока затруднено, то неясными также остаются пока перспективы создания двухтомного широкорегулируемого частотного электропривода на базе АД.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Дацковский, Л. X. Современное состояние и тенденции в асинхронном частотно-регулируемом электроприводе / Л. X. Дацков-ский, В. И. Роговой, Б. И. Абрамов // Электроли-

* ка. - 1997-№10.-С. 45-51.

2. Копылов, И. П. Справочник по электрическим машинам / И. П. Копылов. - М. : Энергоиз-дат, 1998.-582 с.

3. Костенко, М. П. Электрические машины / М. П. Костенко, Л. М. Пиотровский. - Л. : Энергия, 1973.-648 с.

оооооооооо©ооооф©оо©

Коробко Александр Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электропривод и автоматика промышленных установок». Область научных интересов - разработка и исследование адаптивных систем управления процессом резания с ограничением уровня автоколебаний.