Лабораторная работа асинхронный электропривод на основе преобразователя частоты

1. Цель работы:

а) изучить основные принципы частотного регулирования асинхронными трехфазными электродвигателями;

б) получить практические навыки работы с микропроцессорной системой управления асинхронными электродвигателями, в основу которой положен частотный метод управления.

2. Общие сведения.

2.1 Создание момента в асинхронном двигателе.

Когда ротор находится в неподвижном состоянии, вращающий поток, вызываемый током статора, индуцирует напряжение в проводниках ротора, а так как ротор - короткозамкнутый, по нему протекают значительные токи. В результате, двигатель работает, как короткозамкнутый трансформатор: токи ротора сбалансированы равными по величине и противоположными по направлению токами статора таким образом, что магнитодвижущая сила и потокосцепление близки к своим исходным значениям. Токи ротора, взаимодействуя с потоком в воздушном зазоре, создают силы поворачивающие ротор, и уменьшают индукцию в роторе. Следовательно, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающее поле.

С увеличением скорости вращения ротора проводники ротора пересекают вращающее поле (которое вращается с постоянной скоростью, определяемой частотой тока статора) более медленно и, в результате, частота тока ротора уменьшается. В общем случае, частота тока ротора равна разнице между скоростью вращения поля статора и скоростью вращения самого ротора.

Значение напряжения, индуцируемого в проводниках ротора, будет также зависеть от разницы между скоростью вращения поля и ротора. Это напряжение и, как результат, ток будут уменьшаться с увеличением скорости.

Значение генерируемого момента - более сложная величина, которая также зависит от сдвига фаз между токами ротора и потоком статора. Если индуцируемый эффект в роторе значителен, ток будет отставать по фазе и создаваемый момент будет уменьшен. Когда ротор находится в неподвижном состоянии, по нему протекают токи значительной частоты. Следовательно, индуцируемый эффект в роторе более значителен, чем при вращении на большой скорости, когда частота тока ротора мала.

Наконец необходимо заметить, что если ротор вращается с той же скоростью, что и вращающее поле, в роторе не будут индицироваться токи и, следовательно, создаваться момент. Следовательно, двигатели никогда не работают в этом состоянии: ближайшее состояние - малая нагрузка.

2.2. Работа при фиксированном напряжении и фиксированной частоте.

На рис.1 показаны характерные кривые, отражающие работу двигателя от источника фиксированного напряжения и частоты.

Рис. 1. Характеристики двигателя переменного тока при фиксированной частоте.

Критической точкой на этих кривых является пиковое значение на кривой момента. При скоростях выше данной индукция в роторе относительно незначительна и значение соотношения создаваемого момента на ампер (M/I) велико. При скоростях ниже данной индукция имеет доминирующее действие, что приводит к уменьшению создаваемого момента с уменьшением частоты. Для того, чтобы обеспечить достаточно высокий момент при пуске были приняты определенные меры. Благодаря поверхностному эффекту можно достичь увеличения сопротивления ротора на низких скоростях, что позволяет предотвратить доминирование индукции в роторе и, следовательно, уменьшение генерируемого момента. Это свойство используется в большинстве двигателей с «беличьей клеткой».

Из характеристик четко следует, что условия работы справа от пикового момента значительно лучше, чем при других скоростях. Значение КПД, коэффициент мощности, соотношение момент на ампер - высоки. Кроме того, из механической характеристики следует, что обеспечивается устойчивая работа, т.к. увеличение момента соответствует незначительному снижению скорости. По этой причине рабочая зона асинхронных двигателей находится рядом с синхронной скоростью: текущая скорость вращения зависит от момента, определяемого нагрузкой.

Не смотря на то, что ротор всегда вращается со скоростью, меньшей скорости вращения поля (в нормальном двигательном режиме), магнитные поля, генерируемые токами статора и ротора, вращаются с одинаковыми скоростями в воздушном зазоре. Ротор всегда создает вращающее поле, которое вращается с частотой тока ротора. Сумма частоты вращения ротора и частоты тока ротора должна быть всегда равна скорости вращения поля статора, т.е. поля всегда синхронны, не зависимо от скорости вращения ротора.

С электрической точки зрения работа двигателя очень напоминает трансформатор, а ток ротора сбалансирован равным по величине и противоположным по направлению током статора. Ток статора состоит из двух компонент: прямое отображение тока ротора и необходимое значение тока намагничивания для создания потока. Ток намагничивания в двигателе значительно больше тока намагничивания в трансформаторе из-за относительно большого воздушного зазора между ротором и статором, через который должно пройти магнитное поле.