- •Пермский Государственный Технический Университет
- •Введение
- •Механика электромеханической системы Кинематическая схема эл.Привода. Силы и моменты, действующие в системе эл.Привода.
- •Механические характеристики производственных механизмов. Для теории и практики эл.Привода большое значение имеют понятия механической характеристики рабочей машины.
- •Уравнение движения и режимы работы эл.Привода как динамической системы.
- •Передаточные функции, структурные схемы и частотные характеристики механической части электропривода как объекта управления.
- •Движение инерционных масс эл.Привода с учетом упругих связей движущихся масс.
- •Динамические нагрузки эл.Приводов.
- •В уравнении жесткого приведенного механического звена величина
- •Определение наивыгоднейшего передаточного отношения.
- •Математическое описание процессов электромеханического преобразования энергии.
- •Понятие о электромеханических и механических характеристиках электродвигателей, их жесткости и режимы работы эмп.
- •Координатные преобразования переменных обобщенной электрической машины.
- •Выбор скорости к координатных осей u,V.
- •Фазные преобразования переменных обобщенной машины.
- •Электромеханические свойства двигателей.
- •Естественные и искусственные эл.Механические и механические характеристики двигателя независимого возбуждения в именованных и относительных единицах.
- •Реверсирование двигателя независимого возбуждения и механические характеристики для прямого и обратного напрявления вращения.
- •Тормозные режимы двигателя независимого и параллельного возбуждения.
- •Генераторное торможение с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть.
- •Торможение противовключением.
- •Электродинамическое торможение.
- •Расчет механических характеристик двигателя независимого возбуждения.
- •Расчет сопротивлений для якорной цепи днв.
- •Динамические свойства днв при питании от источника напряжения.
- •Математическое описание процессов электромеханического преобразования энергии в двигателе постоянного тока последовательного возбуждения (дпв)
- •Естественные и искусственные электромеханические и механические характеристики дпв
- •Тормозные режимы дпв
- •Расчет пусковых сопротивлений для дпв.
- •Механические характеристики двигателя смешанного возбуждения (дсв) и его тормозные режимы.
- •Расчет тормозных сопротивлений для двигателей постоянного тока.
- •Естественные механическая и эл.Механическая характеристика ад. Формула Клосса.
- •Искусственные механические характеристики ад при изменении параметров цепей статора, ротора и питающей сети.
- •При изменении подводимого к двигателю напряжения изменяется момент, т.К. Он пропорционален квадрату напряжения.
- •3. Введение добавочного активного сопротивления в цепь ротора.
- •Тормозные режимы асинхронного двигателя.
- •2) Торможение с самовозбуждением
- •Расчет естественной и искусственных статистических механических характеристик ад
- •Расчет сопротивлений для роторной цепи ад.
- •Динамические свойства асинхронного эмп при питании от источника напряжения
- •Математическое описание и электромеханические свойства синхронного двигателя
- •Статический (установившийся) режим работы электропривода и статическая устойчивость электропривода
- •Переходные режимы электроприводов
- •Графический метод интегрирования уравнения движения (метод пропорций)
- •Графоаналитический метод интегрирования уравнения движения (метод последовательных интервалов)
- •Электромагнитные переходные процессы в цепях возбуждения и форсирование процессов возбуждения
- •Переходные процессы при пуске и торможении электропривода с короткозамкнутым
- •Характер изменения свободных составляющих и их затухание определяются корнями p1 и p2 характеристического уравнения
- •Корень определяет установившийся режим т.К. Относится к изображению напряжения. Если учесть, что , то поэтому
- •Регулирование координат электропривода Требования к координатам электропривода и формированию его статических и динамических характеристик
- •Основные показатели способов регулирования координат электропривода
- •Системы управляемый преобразователь – двигатель (уп – д).
- •Расчет статических электромеханических и механических характеристик в системе гд
- •Система тиристорный преобразователь – двигатель (тп – д).
- •Расчет статических механических характеристик в системе тп-д
- •Коэффициент мощности и основные технико-экономические показатели вентильного электропривода
- •Частотное управление асинхронными двигателями
- •Законы частотного регулирования
- •Статические механические характеристики ад при частотном управлении.
- •Система пч-ад (преобразователь частоты - асинхронный двигатель)
- •Обобщенная линеаризованная система уп-д
- •Р егулирование момента (тока) электропривода Задачи регулирования момента (тока) электропривода
- •Реостатное регулирование момента (тока) двигателей
Статические механические характеристики ад при частотном управлении.
Для получения основных соотношений воспользуемся Т образной схемой замещения АД, которая наиболее точно отражает реальные физические процессы в двигателе. Принимаем следующие допущения:
а) не учитываем потери в стали и её насыщение, т.е. в намагничивающем контуре учитываем только сопротивление X.
б) напряжение и поток в зазоре считаем синусоидальным.
П оскольку в общем случае частота питающего напряжения изменяется, как и само напряжение, будем использовать систему относительных единиц.
Здесь
Sа - абсолютное скольжение
Найдя из схемы замещения , и подставив в уравнение электромагнитной мощности , а значение Рэм в уравнение электромагнитного момента , после преобразований получим уравнение механической характеристики АД для случая частотного управления
, где
; ; ; ;
Т.о.
Электромагнитный момент М здесь непосредственно со скоростью не связан, но связь есть через выражения:
Выражения для критического скольжения и критического момента при принятой системе обозначений имеют вид
;
При пропорциональном законе управления , который графически можно представить в виде прямой (см. график). Точке А , для которой f1=f1H (1=1) и U1=U1H (V1=1) , соответствует естественная характеристика двигателя, которая изображена на следующем рисунке. Здесь же приведено семейство механических характеристик при 1<1. Видно, что перегрузочная способность двигателя уменьшается, особенно при 1 <0,5. Снижение Мкр ограничивает диапазон регулирования, т.к. при некоторой частоте перегрузочная способность будет очень малой.
Объясняется это, как уже отмечалось ранее, тем, что при снижении частоты всё больше начинает сказываться влияние падения напряжения на активном сопротивлении r1, которое от частоты не зависит. Все большая часть питающего напряжения начинает прикладываться к r1 , а к остальной части схемы, в том числе к цепи намагничивания, - меньшая.
Т.о. закон пропорционального управления не очень хорош .Выход из положения - при уменьшении f1 напряжение U1 уменьшать в меньшей степени (смотри пунктир на графике V1=f(1))
Механические характеристики в этом случае будут иметь вид, изображенный на следующем графике. Иначе говоря, можно подобрать такую зависимость V1 от , которая обеспечит постоянство критического момента при изменении частоты, в том числе и при 1=0. При малых частотах ток, потребляемый двигателем, больше, чем на естественной характеристике и двигатель сильно греется. Если же ему обеспечить номинальный нагрев, то придется уменьшить напряжение, что приведет к уменьшению Мкр. Получается, что принципиально невозможно обеспечить закон V1=f(1), при котором удовлетворялись бы 2 противоречия, т.е. обеспечение перегрузочной способности и нормального нагрева двигателя при снижении частоты. Данный закон регулирования может быть обеспечен лишь при условии, если напряжение изменяется не только в функции частоты, но и нагрузки на валу двигателя.
При изменении нагрузки изменяются токи в роторе и статоре. Это изменяет падение напряжения на сопротивлении статора r1, и тех элементах схемы замещения, которые являются принципиально важными с т..з. передачи электромагнитной мощности. Поэтому напряжение, подводимое к статору при изменении частоты (и даже при ее постоянстве), необходимо регулировать т.о., чтобы скомпенсировать падение напряжения на r1и других элементах схемы замещения. Этим самым можно обеспечить постоянство потокосцеплений.
Выразим потокосцепления, наводящие в обмотках статора и ротора ЭДС Е1=ES ; Er=E2 и Em (ЭДС взаимной индукции без учета потоков рассеяния), а также эти ЭДС в относительных единицах.
; ;
; ; ; тогда
; ;
Рассмотрим сначала управление при s=const. Этот случай соответствует такому регулированию напряжения, приложенного к статору, при котором обеспечивается компенсация падения напряжения на r1. ЭДС es=e1 в этом случае становится независимой от нагрузки, т.е. становится постоянной при данном значении частоты. При изменении частоты нужно изменять напряжение. Пропорционально изменению частоты будет изменятся и es . Это соответствует стабилизации потокосцепления . Если же будет изменяться нагрузка, то дополнительно нужно регулировать напряжение т.о., чтобы скомпенсировать изменившееся падение напряжения на r1 и этим самым обеспечить как постоянство es, так и постоянство потокосцепления S.
Уравнение механических характеристик в этом случае можно получить, положив в исходном уравнении b=0,d=0 , т.к. компенсация падения напряжения на r1 равносильна тому , как будто бы этого сопротивления вообще нет. Вместо V1 нужно положить es. Можно считать , что в данном случае к схеме приложено напряжения ES. Для сокращения записи уравнения обозначим через K. Тогда уравнение механической характеристики примет вид.
;
Рассчитав и изобразив механические характеристики для разных частот, получим увеличение Мкр ~ на 20% (смотри график) по сравнению с Мкр на естественной характеристике. В этом случае, как показывает анализ, потери в меди постоянны, потери в стали при снижении частоты уменьшаются. Т.о., если двигатель снабжен независимой вентиляцией , можно обеспечить длительный режим его работы как при больших, так и малых частотах.
Если обеспечить постоянство Еm, получим закон регулирования, при котором будет постоянным поток в зазоре, т.е m=const. Этого можно добиться, компенсируя падения напряжения на r1 и x1 путем форсировки (увеличения) напряжения, подводимого к статору. Компенсация падения напряжения на r1 и x1 обеспечивает постоянство потокосцепления.
При изменении частоты нужно пропорционально изменять и Еm, что и соответствует компенсации падений напряжения на r1 и x1 .
В этом случае можно считать, что r1=0 ; x1=0 , следовательно b=0 ; c=x2’ , d=0 ; e=1 . Уравнение механической характеристики и значение Мкр будет после подстановки вместо V1 ЭДС еm иметь вид:
;
Анализ показывает, что в этом случае получим увеличение Мкр примерно в 2 раза при всех частотах по сравнению с Мкр на естественной характеристике. При снижении частоты относительная жесткость характеристик возрастет.
Если напряжение, подводимое к статору, регулировать т.о., чтобы компенсировать падение напряжения и на.r1и на x1 и на xl2, то можно обеспечить r=const. В этом случае можно считать, что двигатель питается напряжением Er , а не U1 и .
Компенсация падений напряжения на r1, x1, x2’ равносильна тому, что как - будто этих сопротивлений нет вообще, следовательно b=0;с=0;d=0;е=1. Уравнения механических характеристик и Мкр принимают вид (вместо V1 подставляем er):
;
Зависимость М от скольжения линейна. Характеристики получаются такими, как у компенсированной машины постоянного тока независимого возбуждения. Перегрузочная способность теоретически равна . Именно этот вариант и реализуется в современных системах частотно регулируемых электроприводов.
В принципе и это не является пределом. При компенсации падения напряжения ещё и на r2’ можно получить абсолютно жесткую механическую характеристику с постоянным скольжением (см.график).
Т.о. только при реализации рассмотренных здесь законов возможности АД используется полностью.