1.4 Характеристики при изменении частоты.

Рис. 4. Зависимости изменения напряжения с изменением частоты.

При эксплуатации двигателя от источника регулируемой частоты при условии сохранения низких уровней скольжения наиболее важными характеристиками являются характеристики, показанные на рисунках 4, 5, 6.

На рис.4 показана взаимосвязь между прикладываемым напряжением и частотой, обеспечивающая требуемый поток в воздушном зазоре двигателя. Постоянное значение U/f обеспечивает постоянство потока в большом диапазоне.

Рис. 5. Характеристики Момент/Ток.

На низких скоростях падение напряжения в проводниках статора становится более значительным по отношению к прикладываемому напряжению, и для обеспечения требуемого уровня потока необходимо прикладывать большие значения напряжения.

Зависимость между моментом и током почти не меняется с изменением частоты.

На рис. 5 показано, что момент и ток имеют линейную зависимость, если уровень потока поддерживается постоянным.

Окончательным набором характеристик, определяющим способность асинхронного двигателя работать от источника регулируемой частоты, являются зависимости момента от скорости скольжения (рис. 6). Скорость скольжения это разница между скоростью вращения поля статора и скоростью ротора. Как показано на рисунке, момент и скорость скольжения зависят друг от друга напрямую, но уменьшение потока приводит к увеличению скорости скольжения при том же значении момента.

Рис. 6. Характеристики Момент/Скорость скольжения.

1. 5 Эквивалентная цепь асинхронного двигателя

Для понимания электрических процессов в двигателе при всех условиях работы представим двигатель эквивалентной цепью, полностью характеризующей его работу. Исходя из эквивалентной цепи, можно будет определить векторную диаграмму и вывести систему уравнений для оценки работы двигателя.

Так как магнитные поля, создаваемые статором и ротором, вращаются в воздушном зазоре с одинаковой скоростью, можно представить двигатель, как трансформатор с количеством витков обмотки статора (первичной обмотки) Т1 и обмотки ротора (вторичной обмотки) Т2. Однако по обмотке статора протекает ток частотой f1, равной частоте источника питания двигателя, а по ротору - ток частотой скольжения, определяемой, как разность между скоростью вращения ротора и скоростью вращения поля статора.

Рис. 7 Эквивалентная цепь одной фазы асинхронного двигателя

На рис. 7(а) показан эквивалент одной фазы асинхронного двигателя, где:

R2 действительное сопротивление ротора на фазу;

L2 индуктивность рассеяния ротора на фазу;

R1 сопротивление статора на фазу;

L1 индуктивность рассеяния статора на фазу.

Потери в магнитной цепи, в железе (магнитопроводе), представленные наличием сопротивления R1 и магнитным сопротивлением, определяющих ток намагничивания, показаны подключением параллельно первичной обмотке трансформатора.

На данном рисунке частота тока ротора определяется, как:

f2 = S1  f1, где S1 - относительное значение скольжения,

а E2 соотносится с напряжением Е1, индуцируемом в статоре, как:

E2 = S1  E1  T2/T1.

Если ротор двигателя имеет обмотку (двигатель с фазным ротором), то необходимо учесть, как активное, так и индуктивное сопротивление.

Хотя данная эквивалентная цепь может быть использована для оценки работы двигателя, это не совсем легко из-за двух различных частот. Поэтому данную цепь обычно упрощают, приводя все параметры ротора к параметрам статора. Это может быть выполнено в два этапа, как показано на рисунках 7(b) и 7(c). Первый этап состоит в изменении значений цепи ротора, исходя из уравнивания числа витков первичной и вторичной обмоток таким образом, чтобы получить более простую зависимость между напряжениями статора и ротора. Это показано на рисунке 7(b), где R2 - сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора, L2 - эквивалент L2.

Если пренебречь неидеальным взаимодействием обмоток, то приблизительно

R2 = R2  (T1/T2)²

L2 = L2  (T1/T2)²

E2 = E1  S1.

Второй этап упрощения состоит в уходе от представления трансформатора с одновременным делением всех параметров ротора на значение скольжения.

Результаты показаны на рис. 7(с), где частота ротора теперь равна f1, а напряжение ротора Е1.

На данном рисунке: