Три способа управления однофазными асинхронными двигателями

Каждый день инженеры проектируют системы, в которых используются асинхронные двигатели с однофазным питанием. В свою очередь, управление скоростью однофазных двигателей желательно в большинстве применений, так как это не только обеспечивает требуемую скорость, но и уменьшает потребление электроэнергии, и снижает уровень акустического шума.

Большинство серийно выпускаемых однофазных двигателей не реверсивные, т.е. они разработаны, чтобы вращаться только в одном направлении. Изменить направление их вращения можно только с помощью дополнительных средств: добавочной обмотки, внешних реле и переключателей, механического редуктора и т.д. Так же, если позволяет конструкция двигателя, реверсировать его можно с помощью преобразователей для регулировки скорости.

Существует множество разновидностей асинхронных двигателей с однофазным питанием. Конструкция и принцип их действия подробно описаны в литературе по электромеханике. Наиболее распространенным типом является двигатель с двумя статорными обмотками, одна из которых имеет в своей цепи постоянно-включенный рабочий конденсатор, который обеспечивает сдвиг тока в обмотках на 90 электрических градусов для образования вращающегося магнитного поля. Такой двигатель называется конденсаторным. О нем и пойдет речь в данной статье.

Основным способом плавной регулировки скорости конденсаторного однофазного двигателя является частотный метод, реализуемый с помощью трехфазных или однофазных ШИМ-инверторов (преобразователей частоты), а также метод фазовой регулировки напряжения с помощью тиристорных регуляторов мощности. Рассмотрим эти методы подробнее.

Вариант 1. V/F управление с помощью однофазного ШИМ-инвертора

На выходе инвертора, состоящего из четырех IGBT-транзисторов (рис.1), формируется однофазное напряжение с переменной частотой и среднеквадратичным значением с линейной зависимостью V/F (вольт-частотная характеристика). За счет конденсатора в обмотке двигателя получается поле, близкое к круговому. Данный способ управления реализуется с помощью специализированных преобразователей частоты, которые разработаны исключительно для управления однофазными двигателями. В них, как правило реализованы специальные алгоритмы, управления двигателем, обеспечивающие устойчивый пуск и стабильную работу в заявленном диапазоне частот.

Регулировать частоту можно, как вниз, так и вверх от номинальной, но в отличие от частотно-регулируемых трехфазных приводов, диапазон регулирования однофазного двигателя меньше. Оно, как правило, не превышает 1:10, за счет того, что емкостное сопротивление напрямую зависит от частоты.

К основным достоинствам данного метода управления можно отнести: 1) простоту ввода в эксплуатацию, т.к. не требуется конструктивных изменений двигателя; 2) гарантированно надежную и устойчивую работу, так как частотный преобразователь специально разработан для таких двигателей и в нем учтены все особенности их эксплуатации; 3) хорошие характеристики управления и возможности, присущие большинству преобразователей частоты (аналоговые и дискретные входы/выходы, ПИД-регулятор, предустановленные скорости, коммуникационные интерфейсы, защитные функции, и т.д.).

К недостаткам относится: 1) только однонаправленное вращение (невозможность без внешних коммутирующих устройств реверсировать двигатель); 2) достаточно высокая стоимость частотных преобразователей для однофазных двигателей, так как в них используются IGBT-модули со значительным запасом по току (например, в однофазном частотнике мощностью 1.1кВт используется IGBT-модуль такой же как в трехфазном на 2.2кВт) и из-за ограниченности предложения на рынке.

Вариант 2. V/F управление с помощью трехфазного ШИМ-инвертора

В данном случае используется стандартный преобразователь частоты с мостовой схемой IGBT-транзисторов (рис.2), формируемый на выходе трехфазное напряжение с фазовым сдвигом на 120 градусов. Обе обмотки однофазного двигателя и их средняя точка подключаются ко трем выходным фазам инвертора. Конденсатор, при этом, из схемы должен быть исключен. Так как обмотки геометрически сдвинуты на 90 градусов , а напряжение, прикладываемое к ним – на 120 электрических градусов, то полученное поле не будет круговым, и как следствие, момент будет пульсирующим. Причем среднее его значение за период будет меньше (рис.2), чем в случае питания от напряжений со сдвигом 90 гадусов.

При схеме подключения на рис.2 действующее напряжение на главной обмотке (Vгл) будет равно разности напряжений фаз A и C, а напряжение на дополнительной обмотке (Vдоп) = Vb-Vc. Изменяя порядок коммутации IGBT-транзисторов, можно легко изменять чередование напряжение на обмотках, а следовательно и направление вращения двигателя (рис.3) без каких-либо дополнительных аппаратных средств.

Здесь стоит отметить, что не любой преобразователь частоты подойдет для управления однофазным двигателем, так как токи в фазах будут не симметричны, и в случае наличия защиты от асимметрии выходных фаз, работа преобразователя будет блокироваться. Как впрочем, и не любой конденсаторный двигатель подойдет для данного способа, так как у некоторых типов двигателей весьма затруднительно или невозможно убрать емкость из дополнительной обмотки, и дополнительная обмотка как правило выполнена более тонким проводом, что при отсутствии конденсатора может привести к её перегреву и межвитковому замыканию.

Читайте так же:

Как отрегулировать трос кпп фиат дукато

Иногда на свой страх и риск используют подключение однофазного двигателя с конденсатором к трехфазному инвертору, что большинством производителей частотных преобразователей запрещено. В этом случае надо выбирать частотник со значительным запасом по току по отношению к двигателю, в частотнике не должно быть защиты от обрыва/перекоса выходных фаз, и надо помнить, что при определенной частоте может возникнуть электрический резонанс в контуре конденсатор-обмотка двигателя, что приведет к его повреждению.

Итак, достоинствами метода являются: 1) доступность на рынке и достаточно низкая цена преобразователей частоты с трехфазным выходом; 2) возможность реверсивной работы; 3) хороший диапазон регулирования скорости и возможности, присущие большинству преобразователей частоты (аналоговые и дискретные входы/выходы, ПИД-регулятор, предустановленные скорости, коммуникационные интерфейсы, защитные функции, и т.д.).

Недостатки метода: 1) пониженный и пульсирующий момент двигателя, повышенный его нагрев; 2) не все преобразователи частоты и конденсаторные двигатели годятся для данного метода, требуется предварительный анализ характеристик преобразователя и конструкции двигателя. К тому же, большинство производителей частотных преобразователей в своих инструкциях запрещают подключение однофазных двигателей, и в случае поломки могут снять с изделия свои гарантийные обязательства.

Вариант 3. Фазовая регулировка напряжения с помощью тиристорного регулятора

Отсутствие до недавнего времени доступного и качественного преобразователя частоты для однофазных двигателей приводило к поиску других решений, одно из которых — изменение напряжения статора при неизменной его частоте.

На выходе тиристорного регулятора, состоящего из двух, включенных встречно-параллельно тиристоров (рис.4), формируется однофазное напряжение с постоянной частотой и регулируемым среднеквадратичным значением за счет изменения угла (альфа) открывания тиристоров.

Критический момент при таком регулировании будет снижаться пропорционально напряжению, критическое скольжение в останется неизменным.

Проведём оценку метода.
1) Регулирование однозонное – только вниз от основной скорости.
2) Диапазон регулирования в разомкнутом контуре, примерно, 2:1; стабильность скорости удовлетворительная; плавность высокая.
3) Допустимая нагрузка резко снижается с уменьшением скорости.
4) Рассмотренный способ регулирования неэффективен для использования в продолжительном режиме. Даже для самой благоприятной нагрузке — вентиляторной необходимо двух-трехкратное завышение установленной мощности двигателя, интенсивный внешний обдув, так как, допустим, если двигатель вращается 750 об/мин (когда синхронная частота 1500) — скольжение 0,5, и 0,5 мощности идет в нагрузку, а 0,5 — греет ротор (не считая других потерь).
5) Тиристорный регулятор — простое устройство в 3-4 раза более дешевое, чем преобразователь частоты, и именно эта особенность системы регулировки скорости напряжением приводила в ряде случаев к её неоправданному применению.

Заключение

Все три способа имеют право на существование, только выбор одного из них нужно делать исходя из конкретной прикладной задачи.

Безусловно, наиболее универсальным и наименее трудоемким на стадии проектирования является первый метод – регулирование с помощью преобразователя частоты с однофазным выходом. Этот способ годится для большинства применений и помимо конденсаторных двигателей его можно использовать и для управления однофазными двигателями с экранированными полюсами.

Второй способ – регулирование с помощью преобразователя частоты с трехфазным выходом, — требует предварительного изучения, как преобразователя, так и двигателя на предмет возможности совместной работы. И рекомендуется всегда выбирать преобразователь с существенным запасом мощности по отношению к двигателю. Этот метод оптимален в реверсивных приложениях.

Третий способ – регулирование скорости изменением напряжения, — может в ряде случаев использоваться для кратковременного снижения скорости маломощных вентиляторов и насосов, и весьма полезен и эффективен для снижения пусковых токов, для экономии энергии при недогрузках. Этот метод является самым бюджетным, но как подчеркивалось ранее, тиристорные регуляторы не должны применяться для регулирования скорости сколько-нибудь мощных двигателей, приводящих во вращение машины, работающие в продолжительном режиме.

Основные сведения о частотно-регулируемом электроприводе

Частотник в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор. Такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.

Читайте так же:

Термостат с регулировкой включения и выключения

Асинхронные электродвигатели превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов. Они имеют меньшие по сравнению с двигателями постоянного тока размеры, массу и стоимость при той же мощности. Асинхронные двигатели просты в изготовлении и эксплуатации.

Основной недостаток асинхронных электродвигателей – сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток). Управление асинхронным электродвигателем в частотном режиме до недавнего времени было большой проблемой, хотя теория частотного регулирования была разработана еще в тридцатых годах. Развитие частотно-регулируемого электропривода сдерживалось высокой стоимостью преобразователей частоты. Появление силовых схем с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных систем управления позволило различным фирмам Европы, США и Японии создать современные преобразователи частоты доступной стоимости.

Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты.

Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации. Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно в соответствии с выражением

неизменном числе пар полюсов p изменять угловую скорость магнитного поля статора.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании невелики. Для получения высоких энергетических показателей асинхронного двигателя – коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение.

Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Mс . При постоянном моменте нагрузки Mс=const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте:

Для вентиляторного характера момента нагрузки это состояние имеет вид:

При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости:

Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статоре асинхронного двигателя.

Преимущества использования регулируемого электропривода в технологических процессах

Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра. Если это транспортер или конвейер, то можно регулировать скорость его движения. Если это насос или вентилятор – можно поддерживать давление или регулировать производительность. Если это станок, то можно плавно регулировать скорость подачи или главного движения.

Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора.

Перспективность частотного регулирования наглядно видна из рисунка 1

Таким образом, при дросселировании поток вещества, сдерживаемый задвижкой или клапаном, не совершает полезной работы. Применение регулируемого электропривода насоса или вентилятора позволяет задать необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снизит потери транспортируемого вещества.

Структура частотного преобразователя

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока. Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.

Принцип работы преобразователя частоты

Преобразователь частоты состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора , системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв (рис.2). Регулирование выходной частоты fвых. и напряжения Uвых осуществляется в инверторе за счет высокочастотного широтно-импульсного управления.

Читайте так же:

Карб озон регулировка холостого хода

Широтно-импульсное управление характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора электродвигателя подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя.

Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.

Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис. 3). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодули-рована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна.

Регулирование выходного напряжения инвертора можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const.

Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При широтно-импульсной модуляции форма токов в обмотках статора асинхронного двигателя получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.

Такое управление позволяет получить высокий КПД преобразователя и эквивалентно аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения. Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов – запираемых GTO – тиристоров, либо биполярных IGBT-транзисторов с изолированным затвором. На рис. 2.45 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора на IGBT-транзисторах.

Она состоит из входного емкостного фильтра Cф и шести IGBT-транзисторов V1-V6 включенными встречно-параллельно диодами обратного тока D1-D6.

За счет поочередного переключения вентилей V1-V6 по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжение Uв преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключи V1-V6 протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя, через диоды D1-D6 – реактивная составляющая тока.

И – трехфазный мостовой инвертор;
В – трехфазный мостовой выпрямитель;
Сф – конденсатор фильтра;

Регулирование скорости 6/4 Коммутируемый Двигатель Нежелания

Этот пример показывает регулирование скорости трехфазного 6/4 коммутируемого двигателя нежелания (SRM).

Описание

Коммутируемые двигатели нежелания являются электродвигателями переменного тока, которые запущенный нежеланием закручивают. Их роторы не имеют никаких обмоток или постоянных магнитов. Общие типы SRM являются трехфазным 6/4 (где 6 количество полюсов статора, и 4 количество полюсов ротора), четырехфазовый 8/6 и пятифазовый 10/8. SRM соединяются, чтобы привести в действие электронные конвертеры, которые подают питание на соответствующие фазы статора на основе положения ротора.

Электрическая модель

Шина DC, смоделированная как идеальный источник постоянного тока 240 В, соединяется с конвертером силовой электроники, питающим трехфазный 6/4 SRM. Конвертер моделируется с помощью трех однофазных, полных мостовой преобразователей. Полные мостовой преобразователи применяют положительное или отрицательное напряжение к обмоткам статора, чтобы подать питание или обесточить их, соответственно.

Пример использует типовой тип модели модели SRM. Электрическая часть представлена нелинейным основанным на модели на характеристике намагничивания, состоявшей из нескольких кривых намагничивания и на характеристике крутящего момента, вычисленной из кривых намагничивания. Характеристика намагничивания вычисляется с помощью нелинейных функций и заданных параметров двигателя. Можно визуализировать кривые намагничивания (включая поток рычажного устройства в зависимости от токов статора и положения ротора) путем проверки параметра кривых намагничивания Графика блока Switched Reluctance Motor и нажать Apply.

Система управления

Основные компоненты системы управления SRM:

Регулятор скорости — регулятор сравнивает фактическую частоту вращения двигателя со ссылкой скорости. Если двигатель должен быть ускорен, регулятор увеличивает текущую ссылку (Iref), чтобы создать больше крутящего момента. Наоборот, если частота вращения двигателя выше, чем ссылка, регулятор уменьшает Iref.

Коммутационный Логический блок — На основе положения ротора (представленный theta сигнализируют из модели SRM) и поворота — на и выключает углы, этот блок генерирует управляющие сигналы произвести соответствующую коммутационную последовательность для производства крутящего момента.

Текущий Регулятор — На основе желаемого ссылочного тока, Iref и коммутационных логических сигналов, текущая ссылка создается для каждой из этих трех фаз. Каждая текущая ссылка затем по сравнению с соответствующим измеренным текущим статором. Когда получившаяся ошибка пересекает положительное гистерезисное значение полосы, заказ проводимости отправлен к соответствующему полному мостовой преобразователю. Конвертер затем применяет положительное напряжение к обмотке статора для того, чтобы управлять положительным током в обмотку. В вольный период (когда нет никакого импульса), отрицательное напряжение применяется к обмоткам, и сохраненная энергия возвращена в источник постоянного тока степени через диоды.

Читайте так же:

Инструкция по регулировке тормоза лебедки

Следующая фигура иллюстрирует коммутационную последовательность для трех положений ротора.

В положении 1 ротора положительное напряжение применяется к обмоткам A1 и A2. Получившееся магнитное поле создает крутящий момент нежелания, который обеспечивает полюс ротора, чтобы выровняться с недавно энергичными полюсами статора.

Когда двигатель достигает положения 2 ротора, A1 и обмотки A2 обесточиваются и обмотки, на которые B1 и B2 включены, чтобы сохранить ротор, поворачивающийся по часовой стрелке. Это действие сохраняет ротор, поворачивающийся по часовой стрелке, потому что ротор пытается выровняться с B1 и обмотками B2.

Наконец, когда двигатель достигает положения 3, B1 и обмотки B2 обесточиваются и обмотки, на которые включены C1 и C2. Поскольку ротор имеет четыре полюса, эта последовательность повторяется каждые 90 градусов.

В этом примере, повороте — на и выключают углы (относительно обмоток статора A1, и A2) сохранены постоянными в 45 градусах и 75 градусах, соответственно. Углы ротора, когда фазы A, B, и C включены, затем соответственно 45, 75, и 105 градусов относительно фазы ось.

Симуляция

Запустите симуляцию и наблюдайте формы волны относительно блока по имени Scope1. Двигатель перемещается от нулевой скорости до 1 500 об/мин с крутящим моментом нагрузки 15 N.m. В 0,15 с крутящий момент нагрузки увеличен до 75 N.m. Система управления увеличивает ссылочный ток для того, чтобы обеспечить частоту вращения двигателя на уровне 1 500 об/мин. В 0,3 с ссылка скорости продвинута к 2 500 об/мин. Чтобы достигнуть желаемой скорости, система управления на мгновение производит большой крутящий момент путем увеличения моторных токов.

Симуляция в реальном времени

Если у вас есть Simulink Real-Time и цель Speedgoat, можно запустить эту модель в режиме реального времени.

Откройте окно Configuration Parameters (или нажмите Ctrl+E), нажмите Code Generation и установите Системный конечный файл на slrealtime.tlc .

Соединитесь с целью и, во вкладке Real-Time, нажмите Run on Target.

Ваша модель будет затем автоматически создана, развернута и выполнена на цели. В зависимости от вашей целевой полосы пропускания потоковой передачи вам, вероятно, придется сократить количество сигналов, переданных в режиме реального времени от цели до хоста — компьютера.

Заявка

<a href="https://patents.su/3-70782-ustrojjstvo-dlya-regulirovaniya-skorosti-i-reversa-trekhfaznogo-asinkhronnogo-dvigatelya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для регулирования скорости и реверса трехфазного асинхронного двигателя</a>

Устройство для измерения превышения температуры обмотки электрической машины переменного тока под нагрузкой по изменению сопротивления обмотки постоянному току

Номер патента: 678602

. 10, вырабатывает полезный сигнал пропор.циональный постоянному току, протекающему по обмотке 7 электрической машины. Этот по.лезный сигнал с выходной обмотки 11 преобра. 1 о 1 зователя 8 через избирательный элемент 12 и син хронный фазочувствительный элемент 13 поступает в компенсационную обмотку 14 преобразователя 8 и на регистрирующий элемент 15. Улучшению соотношения сигнал-помеха способствует 15 введение канала выделения помехи 16 с последующей компенсацией поля помехив объеме пре образователя 8 посредством компенсационной обмотки 17.Измерительная цепь вольтметра, состоящая из 2 О измерительного прибора 18 и последовательно подключенного к нему чувствительного к температуре регулируемого сопротивления 19, измеряет падение.

Устройство для измерения превращения температуры обмотки электрической машины переменного тока под нагрузкой по измерению сопротивления обмотки постоянному току

Номер патента: 609163

. На сердечнике 4 измерительного трансформатора находятся две идентичные обмотки 5 и 6, имеющие общую точку. Свободные концы обмоток 5 и 6 подключены к расщепленной фазе цепи переменного тока, что обеспечивает их параллельную работу по переменному току. Магнитные потоки этих обмоток направлены встречно и компенсируют друг друга. Равенство емкостей конденсаторов и идентичность выполнения обмоток обеспечивают равенство по величине и противофазность переменных магнитных потоков и высокую степень их компенсации. Такое соединение обмоток 5 и 6 снижает плотность переменного тока в обмотке 5 и уменьшает изменение ее омического сопротивления,Общий вывод обмоток 5 и 6 соединен с одним из выводов обмотки 7 электрической машины, Источник постоянного.

Устройство для измерения превышения температуры обмотки электрической машины переменного тока под нагрузкой по изменению сопротивления обмотки постоянному току

Номер патента: 612336

. на одном иэ полюсов, включе-ЗОна последовательно встречно по отношениюк другим обмоткам на полюсах.На чертеже представлена схема устройства. 35Устройство содержит электрическую маши-,ну 1, сеть 2, измерительный генератор 3, источник 4 постоянного гока, дроссель 5, измерительный прибор 6, чувствительное к темпеРатуРе Регулируемое сопротивление 7, 4 Оизбирательный блок 8, измерительный блок 9, привод 10 ротора.Испытуемая электрическая машина 1 под-; кшочена к сети 2 через обмотки статора измерительного трехфазного генератора 3, Между двумя линейными проводами (до измерительного генератора) включен источник 4 постоянного тока, в цепь которого посде 50довательно подключен дроссель 5 для ограниченияпеременной составляющей.

Читайте так же:

Электронная регулировка оборотов сверлильного станка

Однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой повышенного активного сопротивления

Номер патента: 694948

. ее из провода с высоким удельным сопротивлением. Данное устройство является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Недостатком известного двигателя является повышенный расход активных материалов, на обмотку из-за необходимости выбирать определенный дцд метр провода, обеспечивающий требуемуювеличину активного сопротивления.Целью изобретения является уменьшение расхода активных материалов.Этд цель достигается тем, что пусковая О обмоткд выполнсна,цз двух частей, причемодна часть обмотки намотана из проводя, материал которого имеет меньшее удельное сопротивление, по сравнению с материалом проводя другой части.15 На чертеже представлена электрическаясхема асинхронного двигателя. Двигатель.

Устройство для измерения электрического сопротивления обмотки ротора электрической машины

Номер патента: 1506384

. работает следующимобразом,Предварительно определяют параметры устрэйства в нецагруженном состоянии: в воздушный зазор статора 1 помещают ротср беэ сбмотки, на обмотку 2 возбуждения подают цспьггательно напряжение, и с эталонного резистора 4 измерительным блоком 5 Фиксируется ток намагничивания, егоО д 50модуль и Фаза, В измерительной обмотке 3 измеряют ицдуцировацную ЭДС%Е модуль и Фазу с помощью измерительного блока 6, Измеренные величины вводятся в память блока 7, затем)5в воздушный зазор статора помещаюткоцтро;,ируемый ротор с короткозамкнутой обмоткой, При подаче напряженияна обмотку 2 статора 1 ца эталонном 30 3 150638Изобретение относится к электрическим ц чмерьдццям и можеч быт 1 ис 4резисторе 4 измерительным блоком 5.

Принцип частотного регулирования

В основе частотного регулирования двигателя переменного тока лежит взаимосвязь угловой скорости, с которой вращается поле статора с частотой напряжения питания. Это означает, что изменение частотной характеристики напряжения статора приводит к пропорциональному изменению угловой скорости вращающегося ротора. Угловая скорость, или частота вращающегося поля статора асинхронного электрического двигателя выражается следующим соотношением:

где f₁ — значение частоты напряжения, питающего обмотку статора, р — количество полюсных пар статорной обмотки.

Из приведенной формулы следует, что совершая изменение значения частоты подводимого к двигателю напряжения, можно плавно изменять значение угловой скорости (частоты) вращающегося поля статора, что приведёт к изменению частоты вращения ротора электродвигателя.

Данный принцип позволяет использовать в регулируемых приводах наиболее технологичные, простые и надёжные асинхронные двигатели, имеющие короткозамкнутый ротор. Благодаря высоким технико-экономическим показателям систем частотного регулирования происходит их активное внедрение в сферу промышленной и бытовой техники.

Потенциал экономии: считаем вместе

На основании данных, предоставленных компанией Mitsubishi Electric, оценим потенциал энергосбережения при внедрении преобразователей частоты.

Вначале посмотрим, как меняется мощность при различных режимах регулирования двигателя:

А теперь приведем пример расчета.

КПД электродвигателя: 96,5%;
КПД частотно-регулируемого привода: 97%;
Мощность на валу вентилятора при номинальном объеме: 1100 кВт;
Характеристика вентилятора: H=1,4 о.е. при Q=0;
Полное рабочее время за год: 8000 ч.

Режимы работы вентилятора согласно графику:

Из графика получаем следующие данные:

100% расхода воздуха – 20% времени работы за год;
70% расхода воздуха – 50% времени работы за год;
50% расхода воздуха – 30% времени работы за год.

Экономия между работой под номинальной нагрузкой и работой с возможностью регулирования скорости вращения двигателя (работа совместно с ЧРП) равна:

7 446 400 кВт*ч/год — 3 846 400 кВт*ч/год= 3 600 000 кВт*ч/год

Учтем тариф на электроэнергию равным — 1 кВт*ч / 5,5 руб. Стоит отметить, что стоимость взята по первой ценовой категории и усредненному значению для одного из промышленных предприятий Приморского края за 2019 г.

Получим экономию в денежном выражении:

3 600 000 кВт*ч/год*5,5 руб/кВт*ч= 19 800 000 руб/год

Практика реализации подобных проектов позволяет с учетом затрат на эксплуатацию и ремонты, а также стоимости самих преобразователей частоты добиться срока окупаемости в 3 года.

Как показывают цифры, в экономической целесообразности внедрения ЧРП сомневаться не приходится. Однако одной экономикой эффект от их внедрения не ограничивается. ЧРП осуществляют плавный пуск двигателя, значительно уменьшая его износ, но об этом я расскажу в следующий раз.

голоса

Рейтинг статьи