4.6. Расчет и выбор управляемого преобразователя

Для нашей системы выберем преобразователь частоты по номинальному току, напряжению двигателя, а также диапазону частот, обеспечивающих работу электропривода с заданными скоростями. Мощность преобразователи должна быть больше мощности двигателя.

В качестве частотного преобразователя выберем Danfoss VLT® Automation Drive FC302 45K.

Данный преобразователь обладает высокой надежностью, хорошим диапазоном регулирования, а так же большим функционалом, с помощью которого можно решить любую поставленную задачу.

Характеристики преобразователя частоты представлены в таблице 5

Таблица 5 Технические характеристики преобразователя

Danfoss VLT® Automation Drive FC302 45K

Мощность ПЧ, кВА	Выходной ток, А	КПД	Напряжение питания, В
73,4	106	0,98	380

4.7. Тахограмма работы двигателя

Тахограмма ω = f(t) работы двигателя с установившимся скоростями строится по тахограмме рабочей машины и передаточному числу редуктора.

,1/с

t, с

Рис 4. – Тахограмма работы двигателя

4.8. Расчет моментов сопротивления приведенных к валу механизма

При расчете приведенных к валу двигателя моментов сопротивления рабочей машины необходимо учесть моменты холостого хода двигателя:

, где – номинальный электромагнитный момент двигателя и номинальный момент на его валу.

Рассчитаем номинальный момент асинхронной машины:

;

Рассчитаем номинальный момент на валу двигателя:

;

Рассчитаем момент холостого хода двигателя:

;

Рассчитаем критическое скольжение:

Рассчитаем приведенные моменты сопротивления рабочей машины, соответствующие каждой из установившихся скоростей , двигателя:

;

;

;

Рассчитаем фактические моменты сопротивления рабочей машины:

;

;

;

,1/с

Отложив на графике значения момента сопротивления и скорости, построим характеристику момента сопротивления на валу двигателя

,

Рис 5. – Момент сопротивления на валу двигателя

4.9. Расчет режимов работы электропривода

Пуск двигателя осуществляется с помощью преобразователя частоты. Чтобы избежать повреждения двигателя при броске тока, разгон двигателя до заданных частот происходит постепенно. Время разгона задается в параметрах преобразователя частоты при его настройке.

Регулирование скорости осуществляется снижением напряжения и частоты в соответствии с заданным законом регулирования. Так же преобразователь частоты поддерживает векторное управление скоростью вращения двигателя.

Торможение может осуществляться несколькими способами. При низкой скорости вращения возможно торможение двигателя свободным выбегом, отключая его от сети. Также частотный преобразователь имеет возможность торможения двигателя постоянным током, поэтому можно использовать данный способ торможения, при этом время торможения можно задать в параметрах частотного преобразователя при его настройке.

4.10. Расчет статических механических характеристик

Статические механические характеристики в системе ПЧ-АД необходимо рассчитать для следующих случаев:

1. При пропорциональном законе регулирования напряжения;

2. При компенсации падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора;

3. При компенсации падения напряжения на полном сопротивлении обмотки статора;

По данным расчетов строятся семейства этих характеристик ω=𝑓(M), причем для сравнения их следует построить в одних координатных осях.

Предварительно необходимо определить синхронные скорости и частоты напряжения на выходе ПЧ, обеспечивающие работу электропривода с заданными установившимися скоростями. Для этого находится падение скорости Δω, при работе с заданной скоростью ω_с1 на естественной характеристике при частоте f_1н=50 Гц. Это позволяет определить ее жесткость :

Для каждой из характеристик определяем при соответствующих ω_с.i и M_c.i:

При сложении с заданной скоростью ω_с.i найдем соответствующие синхронные скорости ω_0.i и необходимые частоты напряжения на выходе ПЧ:

При расчете статических механических характеристик используем уравнение электромагнитного момента:

Где m₁ = 3 − число фаз напряжения двигателя; U_1ф − номинальное фазное напряжение; − синхронная скорость при номинальной частоте; − абсолютное скольжение; − относительное напряжение; − относительная частота; коэффициенты уравнения электромагнитного момента:

;

;

;

;

;

При пропорциональном законе регулирования:

;

;

Тогда уравнение момента принимает вид:

;

Задаваясь значениями S_a от 0 до 1, при найденных ранее частотах , , рассчитываем семейство механических характеристик. Результаты расчетов сводятся в таблицу, на основе которой строится семейство характеристик.

Таблица 6 Характеристика при пропорциональном законе регулирования (W=90 1/c)Sa	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
W	99,418	89,476	79,535	69,593	59,651	49,709	39,7673277	29,826
M	0	482,05	807,46	994,712	1083,539	1110,155	1100,360691	1070,623

Продолжение Таблица 6

Sa	0,8	0,9	1
W	19,884	9,942	0
M	1030,88	986,942	942,1156

Таблица 7 Характеристика при пропорциональном законе регулирования (W=67,5 1/c)Sa	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
W	78,750	70,875	63	55,125	47,25	39,375	31,5	23,625
M	0	469,496	770,768	936,515	1011,226	1030,608	1018,487	989,489

Продолжение Таблица 7

Sa	0,8	0,9	1
W	15,75	7,875	0
M	952,233	911,676	870,607

Таблица 8 Характеристика при пропорциональном законе регулирования (W=18 1/c)Sa	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
W	33,279	29,951	26,623	23,295	19,967	16,639	13,311	9,984
M	0	397,627	579,480	649,529	664,780	653,917	631,156	603,582

Продолжение Таблица 8

Sa	0,8	0,9	1
W	6,656	3,328	0
M	574,737	546,372	519,315

,1/с

,

Рис 6. – Характеристики при пропорциональном законе регулирования

При компенсации падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора R₁ = 0, b = 0, d = 0 и формула момента принимает вид:

;

В этом случае при регулировании по пропорциональному закону напряжение, подаваемое на обмотку статора при f_1i < f_1н, равно . Величина его находится из того условия, что при и .

;

;

Задаваясь значениями S_а от 0 до 1, при найденных ранее относительных частотах и напряжениях , , рассчитывают семейство механических характеристик, и результаты расчетов сводят в таблицу.

Таблица 9 Характеристика при компенсации падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора (W=90 1/c)Sa	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
W	99,418	89,476	79,535	69,593	59,651	49,709	39,7673277	29,826
M	0	518,732	943,147	1228,57	1383,274	1440,907	1436,47	1396,565

Продолжение Таблица 9

Sa	0,8	0,9	1
W	19,884	9,942	0
M	1338,641	1273,2285	1206,331

Таблица 10 Характеристика при компенсации падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора (W=67,5 1/c)Sa	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
W	78,750	70,875	63	55,125	47,25	39,375	31,5	23,625
M	0	518,732	943,147	1228,570	1383,274	1440,907	1436,470	1396,565

Продолжение Таблица 10

Sa	0,8	0,9	1
W	15,75	7,875	0
M	1338,641	1273,2285	1206,331

Таблица 11 Характеристика при компенсации падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора (W=18 1/c)Sa	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
W	33,279	29,951	26,623	23,295	19,967	16,639	13,311	9,984
M	0	518,732	943,147	1228,57	1383,274	1440,907	1436,47	1396,565

Продолжение Таблица 11

Sa	0,8	0,9	1
W	6,656	3,328	0
M	1338,641	1273,2285	1206,331

,1/с

,

Рис 7. – Характеристики при компенсации падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора

При компенсации падений напряжения на полном сопротивлении статора (R₁ = 0; Х₁ = 0; b = 0; d = 0; с = ; е = 1) формула момента принимает вид:

В этом случае при регулировании по пропорциональному закону напряжение, подаваемое на обмотку статора при f_1i < f_1н, равно . Величина его находится из того условия, что при и .

Задаваясь значениями S_а от 0 до 1, при найденных ранее относительных частотах и напряжениях , , рассчитывают семейство механических характеристик, и результаты расчетов сводят в таблицу.

Таблица 12 Характеристика при компенсации падений напряжения на полном сопротивлении статора (W=90 1/c)Sa	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
W	99,418	89,476	79,535	69,593	59,651	49,709	39,7673277	29,826
M	0	525,212	1017,654	1451,032	1809,497	2088,118	2290,118	2290,674

Продолжение Таблица 12

Sa	0,8	0,9	1
W	19,884	9,942	0
M	2426,336	2506,598	2543,076

Таблица 12 Характеристика при компенсации падений напряжения на полном сопротивлении статора (W=67,5 1/c)Sa	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
W	78,750	70,875	63	55,125	47,25	39,375	31,5	23,625
M	0	525,212	1017,654	1451,032	1809,497	2088,118	2290,118	2290,674

Продолжение Таблица 12

Sa	0,8	0,9	1
W	15,75	7,875	0
M	2426,336	2506,598	2543,076

Таблица 13 Характеристика при компенсации падений напряжения на полном сопротивлении статора (W=18 1/c)Sa	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
W	33,279	29,951	26,623	23,295	19,967	16,639	13,311	9,984
M	0	525,212	1017,654	1451,032	1809,497	2088,118	2290,118	2290,674

Продолжение Таблица 13

Sa	0,8	0,9	1
W	6,656	3,328	0
M	2426,336	2506,598	2543,076

,1/с

,

Рис 8. – Характеристики при компенсации падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора