3 Лабораторная работа № 6.1 Исследование характеристик асинхронного двигателя при питании от преобразователя частоты altivar5

Цель работы: изучение статических характеристик асинхронного двигателя при питании от преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения, изучение регулировочных свойств электропривода и параметрического программирования преобразователя ALTIVAR5, получение навыков работы с иностранной преобразовательной техникой. Работа выполняется на стенде № 6.

При подготовке и защите отчёта студенты должны ответить на контрольные вопросы, которые состоят из двух блоков:

1. Блок вопросов, относящихся к методике работы на стенде для исследуемой системы.

2. Блок вопросов, относящихся к обработке экспериментальных данных.

К работе допускаются студенты, правильно ответившие на первый блок вопросов – 1 – 14. На второй блок вопросов – 15 – 21 студент должен ответить при защите лабораторной работы.

3.1 Основные теоретические положения

Возможность регулирования частоты вращения асинхронного двигателя путем изменения частоты питающего напряжения следует из выражения:

, (3.1)

где – синхронная частота вращения ротора;

–число пар полюсов двигателя.

Видно, что синхронная частота вращения пропорциональна частоте . В тоже время текущая частота вращения ротора связана с синхронной частотой соотношением:

, (3.2)

где – скольжение двигателя:

. (3.3)

Для обеспечения требуемого характера изменения критического момента двигателя при регулировании частоты необходимо также регулирование величины питающего напряжения. Если пренебречь падением напряжения на сопротивлениях обмотки статора, т. е. если , то можно записать:

(3.4)

где – напряжение источника питания;– ЭДС обмотки статора;

–магнитный поток машины.

Из (3.4) следует, что при с изменением частотыдолжен изменяться и магнитный поток двигателя. Это означает, что с увеличением частоты магнитный поток двигателя уменьшается, вызывая привозрастание тока ротора. Этот режим аналогичен работе двигателя постоянного тока независимого возбуждения во второй зоне. Приперегружаются обмотки двигателя по току при недоиспользовании стали. Перегрузочная способность двигателя по моменту падает.

В то же время при снижении магнитный поток увеличивается, что приводит к насыщению машины, возрастанию тока намагничивания и недоиспользованию двигателя по моменту. Энергетические показатели двигателя снижаются.

Следовательно, с целью наилучшего использования асинхронного двигателя при регулировании частоты вращения изменением величины необходимо регулировать уровень питающего напряжения в функции частоты. При выборе закона изменения питающего напряжения от частоты чаще всего исходят из условия сохранения перегрузочной способности асинхронного двигателя по моменту.

Для любой из статических характеристик, отвечающих различным значениям частоты , отношение максимального (критического) момента двигателя к статическому должно оставаться постоянным:

. (3.5)

Величина критического момента асинхронного двигателя:

, (3.6)

где – индуктивное сопротивление фазы двигателя, приведенное к обмотке статора.

Пренебрегая падением напряжения и учитывая, чтои, уравнение (3.6) можно представить как

, (3.7)

где – постоянный коэффициент.

C учетом (3.7) выражение для перегрузочной способности двигателя по моменту имеет вид:

, (3.8)

где – статический момент сопротивления, который является функцией частоты вращения ротора двигателя.

Согласно (3.8), для любого значения регулируемой частоты по отношению к номинальнойсоблюдается соотношение

, (3.9)

где – номинальный момент машины, к которому приравниваетсяпри.

Отсюда следует основной закон изменения напряжения при частотном регулировании величины , называемый законом Костенко:

. (3.10)

Для частного случая постоянной статической нагрузки () закон регулирования (3.10) принимает следующий вид:

. (3.11)

Закон регулирования (3.11), как и (3.10), справедлив для двигателей относительно большой мощности при снижении частоты относительно номинальной в 2 – 3 раза. Для двигателей малой мощности и при большом диапазоне регулирования частоты вращения необходимо корректировать эти соотношения с учетом падения напряжения в цепи статора (так называемаяIR-компенсация).

Для создания частотно-регулируемого асинхронного электропривода принципиально возможно использование как инвертора напряжения, так и инвертора тока. Для решения универсальных задач асинхронного привода различного конструктивного исполнения применяется автономный инвертор напряжения (АИН). Характеристика выходного напряжения АИН в пределах максимальной мощности не зависит от нагрузки, поэтому АИН применяется там, где используются двигатели различных мощностей и конструктивных исполнений, многодвигательные приводы и приводы с неизвестными параметрами двигателя. Применение транзисторных модулей позволяет обеспечить необходимую синусоидальность тока фаз статора во всем диапазоне регулирования.

Функциональная схема силовой цепи асинхронного частотно-регулируемого преобразователя ALTIVAR 45-2 показана на рис.3.1.

Напряжение сети поступает на мостовой неуправляемый выпрямитель на диодах 1, выпрямленное напряжение через ограничивающий резистор 2 подается на конденсаторный фильтр 3. Ограничивающий резистор служит для защиты диодов выпрямителя от броска зарядного тока конденсаторов в момент включения преобразователя. После заряда конденсаторов, резистор 2 шунтируется ключом. Автономный инвертор напряжения 4 состоит из шести транзисторных ключей (по два на каждую фазу нагрузки) и служит для попеременного переключения фаз двигателя либо к плюсовой, либо к минусовой шине выпрямителя в зависимости от сигналов управления, поступающих от блока управления транзисторами 7.

Рисунок 3.1 – Функциональная схема преобразователя ALTIVAR

Сигнал, пропорциональный задаваемой частоте вращения, формируется микропроцессором и поступает на блок управления транзисторами с микропроцессорной контрольной платы 8. Задание микропроцессору подается либо аналоговое (потенциометром), либо с платы выбора связи 9, которая предусматривает подключение дистанционного пульта управления преобразователем или ПЭВМ. Таким образом, преобразователь осуществляет двойное преобразование электрической энергии: переменный ток частотой 50 Гц преобразуется в постоянный, который затем преобразуется в переменный заданной частоты. Первое преобразование осуществляет неуправляемый выпрямитель, последующее — инвертор напряжения.

Все текущие параметры преобразователя индицируются на его цифровом индикаторе, а также на пульте управления или ПЭВМ, если они подключены. Для связи преобразователя с ПЭВМ используется последовательный порт 10. Для контроля наличия питающего напряжения в преобразователе предусмотрен контрольный трансформатор 6, защищенный от сверхтока предохранителем 5.