Трехфазный привод. Основы
.pdf
Формула 7
Формула 8
Формула 9
Формула 10
ANTRIEBSTECHNIK
Is.Kl. B: Последняя буква определяет допускаемую
температуру обмоток двигателя при
продолжительном режиме работы. Существуют
следующие изоляционные классы:
E |
= |
120 ° C |
B |
= |
130 ° C (Стандарт) |
F |
= |
155 ° C |
H |
= |
180 ° C |
IP 54: Степень защищенности двигателя
IP 54 = пыле и брызгостойкая обшивка
50 Hz: Номинальная частота двигателя
VDE 0530/84: Сертификат соответствия VDE
Номинальный момент двигателя может быть легко вычеслен
используя спетификацию шильдика.
Mn |
[Nm] = |
P [kW] . |
9550 |
= |
0.37кВт |
. 9550 |
= 2.5 Н*м |
|
n |
|
|
|
|
||||
|
|
|
nn [rpm] |
|
1410 об/мин |
|
||
Следующая формула определяет полную мощность двигателя:
S = Öš3 . U1 . I1 = Öš3 . 380 В . 1.1 A = 724 Вт
Активная мощность расчитывается так:
P = S . cosj = 724 Вт . 0.75 = 543 Вт
К.П.Д. двигателя:
h = |
Pab |
= |
370 Вт |
= 0.68 = 68 % |
Pzu |
543 Вт |
11
3. |
РаботаАС- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
двигателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отсети |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.1 |
Одно-фазная |
Электрическое поведение асинхронного двигателя показанно на |
||||||||||
|
схема |
одно-фазной эквивалентной диаграме (-->Рис. 5). |
|
|||||||||
|
замещения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
R1 |
X1s |
I1 |
|
I2' X2s' |
|
R2' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IFE |
|
|
|
Im |
|
|
|
|
Рис. 5 |
U1 |
|
|
R |
|
U |
|
Xh |
|
. 1 - s |
P2 |
|
|
|
|
|
i |
R2' |
||||||
|
|
|
|
|
FE |
|
|
s |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
= |
активное сопротивление статора |
|
||||||
|
|
Xs1 |
|
= |
реактивное сопротивление статора |
|
||||||
|
|
RFe |
|
= |
потери в железе |
|
|
|
|
|||
|
|
Xh |
|
= |
Reactance of the main inductance |
|
||||||
|
|
Xs2' |
|
= |
реактивное сопротивление ротора |
|
||||||
|
|
R'2 |
|
= |
Эквивалентное активное сопротивление |
|
||||||
|
|
|
|
|
определяющее потери мощности в роторе |
|||||||
|
|
|
1-s |
|
(потери в меди) |
|
|
|
||||
|
|
R'2 . |
= |
Эквивалентное активное сопротивление |
|
|||||||
|
|
s |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
определяющее изменение мощности на валу |
|||||||
|
|
|
|
|
двигателя P2 |
|
|
|
|
|||
12
ANTRIEBSTECHNIK
Преобразование энергии асинхронного двигателя показано на
эквивалентной энергетической диаграмме.
Частьпотребяемойэлектрическойэнергиипреобразуетсявтепло (PCU1) всопротивленииобмотокстатораR1. Другая(меньшая) часть
естьпотеривжелезе(PFe) насопротивленииRFe. Оставшаясячасть
энергии(Pd) передаетсячерезвоздушныйзазорнаротор. Вроторе
часть энергии (PCU2) сжигается на сопротивлении R2’. Оставшаяся
энергия, уменьшенная на величину фрикционных потерь Pfrict (потеривподшипникахиввентиляторе), составляетмеханическую
энергию на валу двигателя (--> Рис. 6).
|
|
P zu |
|
|
|
|
P Fe |
|
|
|
P Cu1 (Обмотка статора) |
Рис. 6 |
Статор |
|
|
Энергетическая |
|
|
|
|
Pd |
Воздушный |
|
диаграмма |
|
||
асинхронного |
Ротор |
|
зазор |
двигателя |
|
|
P Cu2 (PV, Обмотка ротора) |
|
|
|
|
|
P Reib |
|
|
|
|
P mech (Вал) |
|
13
3.2Характеристики Внутренний момент Mi асинхронного двигателя вычисляется по |
||||||||||||||||||||||
асинхронного |
следующей формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
двигателя |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Формула 11 |
Mi = |
. |
|
2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2 π n1 |
|
|
|
|
|
|
|
R ' |
|
|
|
|
|
X ' |
||||||||
|
|
Ui |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
X2s' |
|
( s . |
2X2s' |
|
+ s |
. |
R2s2' ) |
||||||||
|
Он связан с напряжением: M |
i |
~ U 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Формула 12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формула 13 |
Масимально возможный момент асинхронного двигателя |
|||||||||||||||||||||
характеризуется максимальным моментом Mk, который также |
||||||||||||||||||||||
|
связан с напряжением: Mk |
~ Ui2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
ПоформулеKloss'sche моментсвязансмаксимальныммоментом |
|||||||||||||||||||||
|
двигателя так: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формула 14 |
M = Mk . |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
(sk |
: максимальное скольжение) |
||||||||||
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
sk |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
s |
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это уравнение дает характеристику зависимости скорости |
|||||||||||||||||||||
|
двигателя от момента (--> Рис. 7). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
КаквидноизРис. 7 токдвигателяпостояннорастетс увеличением |
|||||||||||||||||||||
|
скольжения. Он в 2,5 - 9 раз превышает номинальный ток в |
|||||||||||||||||||||
|
начальной точке (s = 1). Поскольку двигатель также нуждается в |
|||||||||||||||||||||
|
реактивной энергии намагничевания при холостом ходе, поэтому |
|||||||||||||||||||||
|
ток х.х. I0 > 0 течет в этой рабочей точке. |
|
|
M |
|
: Максимальный |
||||||||||||||||
|
|
|
M,P,I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабочая |
|
K |
|||||||
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зона |
|
|
|
момент |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MK |
|
|
|
|
cos |
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Pel |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 7 |
|
M cosϕ |
|
|
1 |
|
0,8 |
0,7 |
0,6 |
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
Характеристики |
|
1,4 |
1,3 |
1,2 |
1,1 |
0,9 |
|
0,5 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0 |
-0,1 |
-0,2 |
-0,3 |
|
n |
|||||
|
-0,4 -0,3 -0,2 |
-0,1 |
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
|
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
|
||||
трехфазного |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
Pmech |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nd |
|
асинхронного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pel |
|
двигателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разрушение |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нормальная |
|
|
|
|
|
|
Pmech |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Противоположное |
|
|
|
|
|
рабочаязона |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
|||
|
|
вращение |
|
|
|
|
|
|
Режим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Режим |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Торможение |
|
|
|
|
|
двигателя |
|
|
|
|
генератора |
|||||||||
14
|
|
|
|
|
ANTRIEBSTECHNIK |
Если побочный сопротивления и сопротивления потерь не |
|||||
включены в схему (Рис. 5), которая может применятся для |
|||||
большенства двигателей, тогда следующая упрощенная схема |
|||||
используется: |
|
|
|
|
|
I1 |
R1 = 0 |
|
I2' |
R2' . |
1 - s |
|
s |
||||
Рис. 8 |
|
Ui |
Xh |
|
R2' = 0 |
U1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iμ |
|
|
Ток статора I1 |
разделятся на постоянный ток намагничикания Iµ и |
||||
зависимый от нагрузки ток ротора I2. Поскольку оба этих тока |
|||||
сдвинуты по фазе на |
90°, они должны быть геометрически |
||||
сложены (Рис.9). |
|
|
|
|
|
Рис. 9 |
I1 |
|
I2' |
|
|
U |
|
|
I12 = Iμ2 + I2'2 |
||
1 |
|
|
|
||
Формула 15 |
|
|
|
|
|
Iμ
При маленьком скольжении (заштрихованная область см. Рис. 7)
Формула 16
соотношение I2' ~ s имеет место.
Если M ~ φ . I2' и φ = const. то:
Формула 17
M ~ s (линейная зависимость).
15
3.3Режимы В зависимости от направления момента нагрузки асинхронный
работы: двигатель работает как двигатель или как генератор. Для этих
двигатель/ режимов имеем следующее:
генератор
–Двигательный режим: Моментискоростьимеютодинаковый
знак (действуют в одном
направлении); |
двигатель потребляет |
энергию от сети. |
|
0 < s < 1 |
n < n1 |
–Генераторный режим: Момент и скорость имеют разные
знаки (действуют в противоположных
направлениях); двигатель отдает
энергию в сеть. s < 0 n > n1
Рабочий диапазон при s > 1 характеризуется как диапазон
встречного вращения, в то время как магнитное поле и скорость вращения ротора имеют различные направления. Изменение направления вращения осуществляется переключением 2-х фаз. Существуют движения по часовой стрелке и против часовой
стрелки.
Рабочий диапазон двигателя описан ниже в 4 квадрантах:
M
Генератор |
Двигатель |
|
вр. против |
||
вр. по час. |
||
час стрелке |
||
стрелке |
||
|
Рис. 10 |
-n |
II |
I |
n |
|
III |
|
||
|
|
IV |
||
Двигатель |
Генератор |
|
вр. против |
||
вр. по час |
||
час |
||
стрелке |
||
стрелке |
||
|
-M |
16
ANTRIEBSTECHNIK
3.4 |
Согласно уравнению (12) M |
~ U 2 . Если активное сопротивление |
|||||
Характеристики |
статора R |
1 |
мало, то U |
i |
= U i . |
i |
|
двигателя |
|
|
1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
при падении |
Когда входное напряжение уменьшается, тогда магнитный поток |
||||||
напряжения |
уменьшаются(ослаблениеполя) итокротораI2 |
тожеуменьшаются. |
|||||
|
Это изменение действует на момент т.к. M ~ |
φ . I ' . |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Например, падение напряжения на 10 % вызывает уменьшение
момента примерно на 19 %.
На Рис. 11 можно видеть влияние падения напряжения на
моментно-скоростную характеристику асинхронного двигателя.
|
M |
|
U > Un |
Рис. 11 |
U = Un |
|
U < Un |
ML
n
n1
Пусковой момент и максимальный момент уменьшаются
пропорционально квадрату напряженния.В диапазоне между
максимальной точкой и точкой холостого хода график более пологий, чем при полном сетевом напряжении.
Как видно из Рис. 11 скольжение двигателя, при постояной нагрузке, увеличиваетсясуменьшениемнапряженияU. Этоможет
быть объяснено тем, что ток ротора I2 обеспечивающий момент, с
уменьшением напряжения U, может сохранен меньшим сопротивления ротора R2’/s, а следовательно большим
скольжением s.
Также как уменьшение напряжения вызывает пологость графика
M-n характеристики, увеличениенапряженияделаетграфиккруче
и в то же время уменьшает скольжение при неизменной нагрузке.
Убедитесь, что двигатель не перенасыщается когда напряжение увеличивается , пока увеличение напряжения может только
вызывать прибавление потерь в железе (больший ток
намагничивания). Результаты увеличения напряжения приработе двигателя с преобразователем частоты будут показаны ниже (-- >буст, генераторный режим).
17
|
|
|
|
|
|
|
|
3.5Характеристики |
Таблица ниже предоставляет основные характеристики 4-х |
||||||
некоторых |
полюсных асинхронных двигателей различных размеров |
||||||
двигателей |
|
|
|
|
|
|
|
Данные |
Номинальная мощность двигателя |
|
|||||
|
|
||||||
|
двигателя |
0.37 kW |
1.5 kW |
11 kW |
75 kW |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sn |
» 8 % |
» 6 % |
» 2.7 % |
» 1.5 % |
|
|
|
n |
n |
» 1380 мин-1 |
» 1410 мин-1 |
» 1460 мин-1 |
»1480 мин-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mn |
» 2.5 Н*м |
» 10.2 Н*м |
» 72 Н*м |
» 484 Н*м |
|
|
|
h |
» 62 % |
» 75 % |
» 86 % |
» 95 % |
|
|
|
cosϕ |
» 0.76 |
» 0.82 |
» 0.85 |
» 0.86 |
|
|
|
R1 |
» 20 Ом |
» 5 Ом |
» 0.8 Ом |
» 0.1 Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MA
Mn
Mk
Mn
IA
In
sn: nn:
Mn:
η: cosϕ:
R1:
MA:
Mk:
IA:
In:
»1.5 . . . 3
»1.8 . . . 3.5
»2.5 . . . 9.0 (увеличивается с увелич. мощности)
номинальное скольжение номиналное число оборотов
номинальный момент к.п.д.
коэффициент мощности
активное сопротивление статора
стартовый момент
пусковой момент
пусковой ток (работа от сети)
номинальный ток
18
ANTRIEBSTECHNIK
4.Режимы
работы
двигателя
Существует четыре режима работы двигателя. Они различаются
фактором протяженности цикла работы и нагревом.
Фактор протяженности вычисляется следующим образом:
|
Время загрузки |
протяженность цикла = |
------------------------------------- . 100 % |
|
Время загрузки + пауза |
Четыре режима работы следующие: продолжительная режим,
кратковременныйрежим, прерывистыйрежимипродолжительный
режим с периодической нагрузкой.
В течении продолжительного режима S1 время работы с
номинальной мощностью настолько велико, что температурный
балансдостигнут. Этотрежимявляетсяобычнымдлястандартных
двигателей. Они могут быть постоянно нагружены своим номинальным моментом.
ϑ
P
Рис. 12a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Продолжительный |
|
|
|
|
|
ϑ |
P |
||||
режим S1 |
|||||
|
|
|
|
||
Время t
Во время кратковременного режима S2 время работы с номинальной мощностью так мало, что температурный баланс не
достигается. В течении длительных пауз двигатель полностью охлаждается.
Рис. 12b
кратковременный режим S2
|
|
время |
|
|
цикла |
|
|
P |
|
|
Пауза |
J |
P |
J |
|
|
Время t |
19
Во время прерывистого режима S3 паузы так малы, что двигатель
не успевает охладиться до комнатной температуры.
Рис. 12c
Прерывистый
режим
S3, S4, S5
|
Время |
|
цикла |
|
P |
|
J |
J |
P |
|
Время t |
Во время продолжительного режима с периодической нагрузкой
S6 двигательнеможетохлатиться, втеченииинтерваловхолостого
хода, до окружающей температуры.
Рис. 12d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
|
Продолжительный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
режим с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
периодической |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
нагрузкой S6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время t |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Двигатели,которые управляются преобразователями частоты, работают длительное время в продолжительном режиме S1 и периодически в прерывистом режиме S3.
20