Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты

В статье рассмотрена и проанализирована специфика расчета потерь в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования (закон пропорционального регулирования, закон квадратичного регулирования, закон регулирования при постоянной мощности)....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Осташевский, Н.А., Иваненко, В.Н., Петренко, А.Н.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2009
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні машини та апарати
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143206
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты / Н.А. Осташевский, В.Н. Иваненко, А.Н. Петренко // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 3. — С. 37-41. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143206
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1432062025-02-09T23:09:42Z Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты Losses in a frequency-controlled asynchronous motor under different laws of control and types of frequency converters Осташевский, Н.А. Иваненко, В.Н. Петренко, А.Н. Електричні машини та апарати В статье рассмотрена и проанализирована специфика расчета потерь в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования (закон пропорционального регулирования, закон квадратичного регулирования, закон регулирования при постоянной мощности). Стаття присвячена розгляду та аналізу специфіки розрахунків втрат у частотно-керованому асинхронному двигуні при різних законах регулювання (закон пропорційного регулювання, закон квадратичного регулювання, закон регулювання при постійній корисній потужності). The paper considers and analyzes specificity of calculation of losses in a frequency-controlled asynchronous motor under different laws of control, namely, law of proportional control, law of quadratic control, law of control under sustained power. 2009 Article Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты / Н.А. Осташевский, В.Н. Иваненко, А.Н. Петренко // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 3. — С. 37-41. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143206 621.924 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Осташевский, Н.А. Иваненко, В.Н. Петренко, А.Н. Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты Електротехніка і електромеханіка
description	В статье рассмотрена и проанализирована специфика расчета потерь в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования (закон пропорционального регулирования, закон квадратичного регулирования, закон регулирования при постоянной мощности).
format	Article
author	Осташевский, Н.А. Иваненко, В.Н. Петренко, А.Н.
author_facet	Осташевский, Н.А. Иваненко, В.Н. Петренко, А.Н.
author_sort	Осташевский, Н.А.
title	Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты
title_short	Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты
title_full	Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты
title_fullStr	Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты
title_full_unstemmed	Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты
title_sort	потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143206
citation_txt	Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты / Н.А. Осташевский, В.Н. Иваненко, А.Н. Петренко // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 3. — С. 37-41. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT ostaševskiina poterivčastotnoupravlâemomasinhronnomdvigateleprirazličnyhzakonahregulirovaniâitipahpreobrazovateleičastoty AT ivanenkovn poterivčastotnoupravlâemomasinhronnomdvigateleprirazličnyhzakonahregulirovaniâitipahpreobrazovateleičastoty AT petrenkoan poterivčastotnoupravlâemomasinhronnomdvigateleprirazličnyhzakonahregulirovaniâitipahpreobrazovateleičastoty AT ostaševskiina lossesinafrequencycontrolledasynchronousmotorunderdifferentlawsofcontrolandtypesoffrequencyconverters AT ivanenkovn lossesinafrequencycontrolledasynchronousmotorunderdifferentlawsofcontrolandtypesoffrequencyconverters AT petrenkoan lossesinafrequencycontrolledasynchronousmotorunderdifferentlawsofcontrolandtypesoffrequencyconverters
first_indexed	2025-12-01T14:51:13Z
last_indexed	2025-12-01T14:51:13Z
_version_	1850317919353831424
fulltext	ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3. 37 УДК 621.924 Н.А. Осташевский, В.Н. Иваненко, А.Н. Петренко ПОТЕРИ В ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМОМ АСИНХРОННОМ ДВИГАТЕЛЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАКОНАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ И ТИПАХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ Стаття присвячена розгляду та аналізу специфіки розрахунків втрат у частотно-керованому асинхронному двигуні при різних законах регулювання (закон пропорційного регулювання, закон квадратичного регулювання, закон регулю- вання при постійній корисній потужності). В статье рассмотрена и проанализирована специфика расчета потерь в частотно-управляемом асинхронном двига- теле при различных законах регулирования (закон пропорционального регулирования, закон квадратичного регулирова- ния, закон регулирования при постоянной мощности). 1. ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО- УПРАВЛЯЕМЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Одним из способов повышения эффективности работы асинхронных двигателей, работающих при переменных нагрузках, может быть замена применяе- мых в настоящее время нерегулируемых асинхронных двигателей на частотно-управляемые. В основу анализа рабочих свойств частотно- управляемых асинхронных двигателей положен уни- версальный закон частотного управления. При работе двигателя с постоянными коэффициентом полезного действия, коэффициентом мощности и перегрузочной способностью, необходимо, одновременно с измене- нием частоты питающего напряжения, регулировать напряжение в зависимости от частоты и момента дви- гателя по закону [1] н 1 н1 1 н1 1 M M f f U U ⋅= , (1) где U1, M1 - напряжение и момент двигателя при пе- ременной частоте 1f ; н1U , н M - напряжение и мо- мент при частоте н f1 , что соответствует номиналь- ному режиму работы. Рассмотрим некоторые соотношения, характер- ные для частотно-управляемых двигателей: относительная частота (коэффициент регулирования) н1 1 f f=α , (2) абсолютное скольжение н1 2 f f=β , (3) где 2f - абсолютная частота тока ротора; относительное скольжение α β= ⋅ ⋅⋅= н11 н122 ff ff f f s , (4) относительное напряжение н1 1 U U=γ . (5) В общем случае при частотном управлении дви- гателем напряжение на зажимах статора может регу- лироваться как в функции относительной частоты α, так и в функции момента нагрузки. При этом прини- мается, что абсолютное скольжение β определяется нагрузкой на валу, а относительное напряжение γ есть функция α и β. В частном случае, когда γ не зависит от β (что характерно для наиболее распространенных разомк- нутых систем частотного управления), величина γ или характер ее зависимости от α не оказывают влияния на величину критического скольжения крβ [1]. Обычно на практике используют частные законы регулирования в зависимости от назначения и режи- мов работы асинхронного привода. Рассмотрим ос- новные законы регулирования. Закон пропорционального регулирования (ре- гулирование при постоянстве перегрузочной способ- ности двигателя или регулирование при постоянном моменте) [1]. н1 1 н1 1 f f U U = , (6) или в относительных единицах α=γ , (7) при этом α⋅=γ⋅= н1н11 UUU . Закон используется при регулировании вниз от номинальной частоты вращения. Закон квадратичного регулирования Этот закон может быть получен из общего зако- на (1) с учетом 2 11 fM ≡ . Тогда н1 2 2 1 н1 1 f f U U = , (8) или в относительных единицах 2α=γ , (9) при этом 2 н1н11 α⋅=γ⋅= UUU . Закон используется при регулировании вниз от номинальной частоты вращения. Закон регулирования при постоянной полез- ной мощности. Этот закон может быть получен из общего зако- на (1) с учетом 1 н1 н 1 f f M M = . Тогда н1 1 н1 1 f f U U = , (10) 38 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3. или в относительных единицах α=γ , (11) при этом α⋅=γ⋅= н1н11 UUU , где α >1. Закон используется при регулировании вверх от номинальной частоты вращения. Возможна реализа- ция закона P2=const при ограничении напряжения, т.е. U1=const. Выпускаемые частотно-управляемые асинхрон- ные двигатели имеют различные диапазоны регули- рования. Например, полный диапазон регулирования 1:22,5, что соответствует частотам f1 = 5…90 Гц, при этом диапазон регулирования вниз от номинальной частоты вращения 15:1 при f1 = 60…5 Гц, вверх от номинальной частоты вращения 1:1,5 при f1 = 60…90 Гц. При регулировании вниз от номинальной частоты используется закон регулирования при постоянном моменте, при регулировании вверх – закон регулиро- вания при постоянной полезной мощности по выра- жению (10), либо также регулирование при постоян- ной полезной мощности и U1=const. В последнем случае магнитный поток будет уменьшаться с ростом частоты f1 [2]. Проведенные исследования [2] показали, что при использовании двигателей общего назначения в каче- стве частотно-регулируемых, их мощность уменьша- ется на 20…15% в зависимости от величины син- хронной частоты вращения. Причиной этого является несинусоидальность питающего напряжения, приво- дящая к возникновению дополнительных потерь, что увеличивает нагрев двигателей, а также ухудшение условий охлаждения при регулировании вниз от но- минальной частоты вращения и самовентиляции дви- гателей. В связи с этим, исследование тепловых режимов частотно-управляемых двигателей является весьма актуальным. 2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОТЕРИ В ДВИГАТЕЛЯХ Расчет греющих потерь при различных законах регулирования, в первом приближении, проведем, предполагая синусоидальную форму напряжений и токов, наличие дополнительных потерь, возникающих при питании асинхронного двигателя от инвертора напряжений, учтем в дальнейшем. Основные составляющие греющих потерь: 2эл1эл , pp - электрические потери в обмотках статора и ротора; маг p - магнитные потери в сердечнике статора; мех p - механические потери; доп p - дополнительные потери, связанные со вторичными процессами в двигателе (при синусои- дальной форме напряжения и токов, согласно ГОСТ доп p = 0,5% от потребляемой мощности). Магнитные потери маг p могут быть определены по эмпирической формуле Штейнметца [3] mB f pkp ⋅⋅⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛⋅⋅= 21 50 0,1маг 50 . (12) Для рассмотренных законов частотного регули- рования получим: а) α=γ . Для упрощения анализа ограничимся значениями 5,0≥α , при которых не требуется корректировка γ для сохранения постоянства максимального момента, а, следовательно, магнитный поток Φ≈const. n n p f f pp α⋅=⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅α⋅= α нн маг н1 н1 магмаг , (13) где н маг p - магнитные потери при н1U , н1f ; n - пока- затель степени, определяемый маркой стали. б) 2α=γ . Текущее значение магнитного потока αΦ , 44,4 н 1об11 1 2 α⋅Φ= ⋅⋅α⋅⋅ ⋅α≈Φα kWf U (14) где н Φ - значение магнитного потока при н1U , н1f , при этом 2B в (12) пропорционально 2 αΦ , .)2( маг 2 магмаг нн +α⋅=α⋅α⋅= α nn ppp (15) в) α=γ . Текущее значение магнитного потока αΦ , 44,4 н 1об11 1 α Φ= ⋅⋅α⋅⋅ ⋅α≈Φα kWf U (16) тогда . 1 )1( магмагмаг нн −α⋅=α⋅ α ⋅= α nn ppp (17) Механические потери мех p можно определить по соотношению , нмехмех α⋅= pp (18) где н мех p - механические потери при н11 ff = , опре- деляемые по [3]; k=1…1,5 – коэффициент, определяе- мый габаритами двигателя и конструкцией подшип- никовых узлов. Расчет электрических потерь в обмотках статора и ротора 2эл1эл , pp может быть выполнен с помощью "Г" - образной схемы замещения, представленной на рис. 1. Рис. 1. "Г"-образная схема замещения частотно- управляемого асинхронного двигателя ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3. 39 Принято: 21,rr ′ - активные сопротивления обмоток статора и ротора (приведенного); н2н1 , хx ′ - индуктивные сопротивления рассеива- ния обмоток статора и ротора (приведенного, непод- вижного) при н11 ff = ; mx – индуктивное сопротивление взаимоиндук- ции, определяемое по результатам магнитного расче- та при н11 ff = в зависимости от текущего значения напряжения γ⋅= н11 UU . В качестве примера на рис. 2 приведена зависимость )( 1Ufxm = двигателя АИ160S4 (15 кВт, 380/660 В, 2p = 4). 0 25 50 75 100 0 100 200 300 400 500 U1, В Х m , О м Рис. 2. Зависимость индуктивного сопротивления взаимоиндукции от напряжения U1 при f1=f1ном двигателя АИ160S4 mx x c 11+=γ – коэффициент корректировки пара- метров при переходе от "Т" - образной схемы заме- щения к "Г" - образной. Значения γc уточняются при изменении U1, т.к. меняется mx . mr – фиктивное активное сопротивление, потери в котором при токе α00I равны магнитным потерям двигателя mrIp ⋅⋅= αα 2 00маг 3 . (19) Ток идеального холостого хода α00I из схемы замещения при заданном γ⋅= н11 UU и соответст- вующем значении α 2 н1 22 1 н1 00 )()( mm хxrr U I +⋅α++ γ⋅ =α . (20) Значение mr можно определить методом после- довательных приближений по известным значениям 1Uγ , αх1, αхm, 1r , и αмаг p . Задаваясь первым при- ближением mr , например mr при н1U , н1f , опреде- лим α00I по (20) и соответствующее значение αмаг p по (19). Сравнивая полученное значение αмаг p с най- денным в зависимости от закона регулирования по (13), (15), (17), корректируем mr в необходимом на- правлении и повторяем расчет до достижения задан- ной точности. Полученное таким образом значение mr используем для окончательного расчета α00I при заданном γ и α. Активная составляющая тока холостого хода 2 н1 22 1 1н1 000000 )()( )( cos mm m хxrr rrU II а +⋅α++ +⋅⋅γ =ϕ⋅= αα . (21) Реактивная составляющая тока холостого хода 2 н1 22 1 н1н1 000000 )()( )( sin р mm m хxrr xxU II +⋅α++ +⋅⋅γ =ϕ⋅= αα . (22) Ток рабочего контура "Г" - образной схемы за- мещения, с учетом α β=s 2 2 2 н1 2 2 2 1 н1 2 )()( н хcxcrcrc U I ′⋅⋅α+⋅⋅α+ β α⋅′++⋅ γ⋅ =′′ γγγγ α ,(23) где α=γα=γα=γ ,, 2 в зависимости от закона ре- гулирования. Обозначим р.к.2 2 1 )( Rrcrc = β α⋅′++⋅ γγ ; р.к.2 2 н1 )( н Xхcxc =′⋅⋅α+⋅⋅α γγ Тогда активная составляющая тока рабочего контура 2 р.к. 2 р.к. р.к.н1 2 а I ХR RU + ⋅γ⋅ =′′ α . (24а) Реактивная составляющая тока рабочего контура 2 .р.к 2 .р.к .р.кн1 2 р XR ХU I + ⋅γ⋅ =′′ α . (24б) Активная и реактивная составляющие тока ста- тора α1I ааа 2001 ααα ′′+= III ; ррр 2001 ααα ′′+= III . Ток статора .2 1 2 11 ра ααα += III (25) Электрические потери в обмотках статора и ро- тора соответственно 11 2 111эл tmrImp ⋅⋅⋅= α , (26) 22 2 212эл )( tmrImр ⋅′⋅′′⋅= α , (27) где 21, tt mm – коэффициенты, зависящие от темпера- туры нагрева обмоток статора и ротора. Расчет потерь проводится для значений абсо- лютного скольжения β кр0 β<β< , где крβ при 01 ≠r 2 н2н1 22 1 2 кркр )( xcxr rc s ⋅+⋅α+ α⋅′⋅ =⋅α=β γ γ , (28) при уменьшении α, крβ тоже уменьшается. При зако- не регулирования α=γ и α>1, можно пренебречь 1r , тогда 40 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3. .const н2н1 2 кр = ⋅+ ′⋅ =β γ γ xcx rc (29) При законе пропорционального регулирования α=γ , при уменьшении α, проявляется влияние паде- ния напряжения на активном сопротивлении статора 1r , в результате магнитный поток уменьшается, а, значит, уменьшается и момент двигателя. Поэтому, при 5.0≤α необходимо компенсировать падение на- пряжения на 1r . В этом случае 11н11 rIUU ⋅+α⋅= . (30) При этом магнитный поток не зависит от α и оп- ределяется только величиной нагрузки на валу. 3. ДОБАВОЧНЫЕ ПОТЕРИ В ДВИГАТЕЛЯХ ОТ ВЫСШИХ ГАРМОНИК ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ В настоящее время, за счет применения широт- но-импульсной модуляции (ШИМ) обеспечивается практически синусоидальная форма напряжения, под- водимого к двигателю, однако, в эксплуатации нахо- дится большое количество электроприводов на базе частотно-управляемых асинхронных двигателей, у которых ШИМ отсутствуют, а, значит, подводимое к двигателю напряжение имеет ступенчатую (несину- соидальную) форму. Следует иметь в виду, что при- менение ШИМ не снимает проблему добавочных по- терь, а увеличение частоты несущей ШИМ приводит к увеличению динамических потерь в силовых клю- чах и осложнению негативных волновых процессов в системе асинхронный двигатель – преобразователь частоты [5]. По данным [6] при использовании инвер- торов на базе полностью управляемых IGBT, преоб- разующих выходное напряжение в последователь- ность прямоугольных импульсов высокой частоты с крутым фронтом (ШИМ), негативные волновые про- цессы приводят к выходу из строя изоляции обмотки статора через 2…3 года эксплуатации. Несинусоидальность напряжения при частотном регулировании асинхронных двигателей приводит к возникновению добавочных потерь в обмотках и маг- нитопроводе от действия высших гармоник тока и магнитного потока, созданных высшими гармониками питающего напряжения [2, 4]. Число полюсов обмотки статора для высших гармоник тока такое же, как и для основной гармони- ки. Частота вращения магнитных полей создаваемых высшими гармониками тока ν⋅=ν 1nn , где ν – номер гармоники. Величина скольжения ν +≈ ν⋅ ±ν⋅=ν 1 1 1 21 n nn s . Следовательно, в первом приближении, можно при- нять, что скольжение для высших гармоник равно единице, т.е. для них ротор неподвижен. При расчете добавочных потерь в обмотках не- обходимо учитывать изменение активных и индук- тивных сопротивлений обмоток за счет эффекта вы- теснения тока [4]. При всыпной обмотке статора влиянием эффекта вытеснения тока можно пренеб- речь. Если же обмотка статора выполнена из прямо- угольных проводников, то влияние эффекта вытесне- ния тока на активное сопротивление обмотки статора должно учитываться, т.к. коэффициент увеличения активного сопротивления статора для высших гармо- ник K1rv достигает 1,5…2,0 в зависимости от номера гармоники и конструкции обмотки. Для обмотки ро- тора учет влияния эффекта вытеснения тока обязате- лен во всех случаях. Ограничимся рассмотрением короткозамкнутой обмотки ротора из алюминия А7. Приведенная высота стержня ротора ном1 ст ст 2 60118,0 fk b q v ⋅⋅⋅⋅=ξ , (31) где qст, bст – сечение и средняя ширина стержня соот- ветственно (здесь и в дальнейшем размеры в мм); k – принимает значения 1; 2; 3 (из выражения для номе- ров высших гармоник v=6k±1) Если ξv2 > 2, то коэффициент увеличения актив- ного сопротивления ротора ( ) 2 2 22 11 w vrv l l K ⋅−ξ+= , (32) где l2 – длина стержня ротора; kkw bll 222 += ;bkk – ширина короткозамкнутого кольца обмотки ротора. В качестве примера K2rv значения были рассчи- таны для асинхронного двигателя АИ160S4 (15 кВт, 380/660 В, 2р = 4) k=1; v=5;7 K2rv = 5,833 k=2; v=11;13 K2rv = 8,165 k=3; v=17;19 K2rv = 9,953. Если ξv2 > 2, то коэффициент уменьшения индук- тивного сопротивления рассеяния ротора 2 2 2 2 1 5,1 1 wv xv l l K ⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − ξ += . (33) Для двигателя АИ160S4: k=1; v=5;7 K2хv =0,374 k=2; v=11;13 K2хv =0,325 k=3; v=17;19 K2хv =0,303. При расчете высших гармоник тока намагничи- вающим контуром в схеме замещения можно пренеб- речь в связи с малостью амплитуд высших гармоник напряжения и повышенной частотой. Кроме того, для высших гармоник тока индуктивные сопротивления значительно больше активных. Поэтому можно принять ( )xv vv KxxV U II 2н2н1 2 н1 21 ⋅α⋅′+α⋅⋅ γ⋅=′′= , (34), где U1н·γ – действующее значение первой гармоники напряжения. Электрические потери в обмотках статора и ро- тора от всех высших гармоник тока ( )∑ = ±= ⋅⋅⋅= 19 16 11 2 111эл v kv tvv mrImp , (35) ( )( )∑ = ±= ⋅⋅′⋅′′⋅= 19 16 222 2 212эл v kv trvvv mKrImp , (36) где K =1; 2; 3. Практикой установлено [4], что необходим учет гармоник с ν не более 19. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3. 41 Наиболее существенное влияние оказывала бы третья гармоника, но при соединении обмотки стато- ра в звезду, третья и кратные трем гармоники отсут- ствуют. Поэтому для частотно-управляемых асин- хронных двигателей соединение обмотки статора в звезду обязательно. Для двигателей АИ160S4: pэл1v=12%pэл1 из (26); pэл2v=70%pэл2 из (27). Высшие гармоники напряжения создают магнит- ные поля, обусловливающие добавочные потери в магнитопроводе. Поскольку скольжение ротора по отношению к этим полям будет близко к единице, магнитные потери будут иметь место и в роторе. По аналогии с основными магнитными потерями при частотном регулировании можно принять с рс н1 2 1 магмаг m mm f f В В рр vv v + ⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅α ⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅= α , (37) где αмаг р – основные магнитные потери; Вv, В1 – индукция от потока высшей гармоники и от потока основной гармоники; fv, α·f1н – частота напряжения высшей гармоники и основой гармоники; т с , т р – массы стали статора и ротора. В первом приближении [2] 212 1 1 11 v B vf U f U B v v v ⋅=⋅== . (38) Суммируя потери от всех гармоник, получим ∑ −−∞ ±=⋅ + ⋅= α )4( 16 с рс магмаг n kv v m mm рр v . (39) С увеличением номера гармоники добавочные магнитные потери резко убывают. Для двигателя АИР16S4: v р маг =6,7% от н маг p из (13). Данные расчета добавочных потерь от высших гармоник тока и магнитного потока показывают, что эти потери оказывают существенное влияние на теп- ловое состояние частотно-управляемого асинхронно- го двигателя. 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО МОМЕНТА ОТ АБСОЛЮТНОГО СКОЛЬЖЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАКОНАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ Величины греющих потерь частотно-управ- ляемого асинхронного двигателя при различных зако- нах регулирования определяются величиной высшего момента на валу, частотой питающего напряжения, т.е α и величиной питающего напряжения U1 , т.е. γ. В связи с этим, при расчете греющих потерь в каждой точке диапазонов регулирования частоты вращения и нагрузки на валу необходимо иметь зави- симости электромагнитного момента от абсолютного скольжения β. В качестве базового используем выражение для электромагнитного момента в номинальном режиме: ( ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ′⋅+⋅+⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ′ ⋅+⋅π ′ ⋅⋅⋅⋅ = γγγγ γ 2 2 2 1 2 22 1н1 22 н121 эм 2 xcxc s r crсf s r сUPm М (40) с учетом α β=s ; γ⋅= н11 UU ; α⋅= н11 ff получим: ( ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ′⋅+⋅α+⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ β α⋅′⋅+⋅β⋅π ′⋅⋅γ⋅⋅⋅ = = γγγγ γ 2 2 2 1 2 2 2 2 1н1 2 2 н121 эм 2 )( xcxcrcrсf rсUPm М .(41) Используя (41) можно получить зависимости Мэм=f(β), где β=0…βпуск при различных значениях α и различных законах регулирования: α=γ ; 2α=γ ; α=γ и Р2=const при U1=const. При пуске двигате- ля, когда относительное скольжение s = 1, абсолют- ное скольжение βпуск=α. Одновременно с расчетом Мэм=f(β), используя (23) и (25) получим зависимости )(2 β=′′ α fI и )(1 β=α fI для расчета электрических потерь в об- мотках ротора и статора. Таким образом, получены расчетные выражения для определения всех составляющих греющих потерь асинхронного двигателя при частотном регулирова- нии, что позволит исследовать тепловое состояние двигателя в различных режимах работы. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Петрушин В.С. Асинхронные двигатели в регулируемом электроприводе. Учебное пособие. – Одесса: Наука и тех- ника, 2006. – 320 с. 2. Радин В.И., Брускин А.Э., Зорохович А.Е. Электриче- ские машины. Асинхронные машины. Москва "Высшая школа" 1988. – 324 с. 3. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проекти- рование электрических машин. Москва "Высшая школа" 1984. – 431 с. 4. Курбасов А.С., Седов В.И., Сорин Л.Н. Проектирование тяговых электродвигателей. Москва "Транспорт" 1987. – 535 с. 5. Зайцев А.М., Захаров А.В., Кобелев А.С. Новая серия частотно-регулируемых асинхронных двигате- лей общего применения разработки ОАО "НИПТИЭМ". "Электротехника" №9, 2008 г.– C. 2-10. 6. Вербовой П.Ф., Заболотный А.П., Съянов А.М. "Асинхронные двигатели для тиристорного электроприво- да". – К: "Наукова думка", 1994 г., 243 с. Поступила 25.11.2008 Осташевский Николай Александрович., к.т.н., проф., Иваненко Виталий Никитович, к.т.н., проф., Петренко Александр Николаевич Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" Украина, 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21, НТУ "ХПИ", кафедра "Электрические машины" тел. (0572) 707-65-14; сайт: http://users.kpi.kharkov.ua/kem/

Потери в частотно-управляемом асинхронном двигателе при различных законах регулирования и типах преобразователей частоты

Institution

Ähnliche Einträge