7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ЧАСТОТНОМ УПРАВЛЕНИИ

Цель работы: Экспериментальное исследование характеристик асинхронного двигателя при его скалярном управлении по различным законам.

7.1. Теоретическая часть.

Под скалярным управлением понимают все невекторные системы управления электроприводом. Данные системы включают в себя простые системы управления асинхронным двигателем при питании его от источника напряжения регулируемой частоты.

Скалярное частотное управление основано на законе, предложенном М. П. Костенко:

	U1	=	f1			M с		,	(7.1)
			f1.ном
	U1.ном					M с.ном

сформулированном для иделизированного асинхронного двигателя, для которого сделаны следующие допущения:

1)активное сопротиление обмотки статора равно нулю;

2)потери в стали отсутствуют;

3)магнитная система двигателя является ненасыщенной;

4)двигатель имеет независимое охлаждение.

Для идеализированного асинхронного двигателя закон Костенко обеспечивает постоянную перегрузочную способность:

	λ =	M кр	=	M кр.ном	= const ,	(7.2)
		M с		M с.ном
	где: Mкр, Mкр.ном – критический		момент		при текущей и	номинальной
	частотах;

Mс, Mс.ном – статический момент при текущей и номинальной угловых скоростях двигателя.

При этом угловая скорость асинхронного двигателя

ω = ω0 (1− s)=	2pf1 (1− s).	(7.3)
	pп

Переходя к относительным единицам, обозначим:

	γ =	U1	; α =	f1	; µс =	M с	; ϕ =	Ф	.	(7.4)
						M с.ном
		U1.ном		f1.ном				Фном

Закон Костенко в относительных единицах примет вид:

γ =α

µс

.

(7.5)

Представим статический момент сопротивления в общем виде:

	ω	n
			,
M с = M с.ном
	ωном

где n = –1; 0; 1; 2.

Принимая

	ω	=	ω0	(1− s)		≈	ω0	=	f1	=α ,
			ω0.ном	(1− sном )
	ωном						ω0.ном		f1.ном
получим

(7.6)

(7.7)

		µс		=α n .				(7.8)
Представив (7.2) в виде
	M кр		=		M	с	= µс ,	(7.9)
	M кр.ном				M с.ном
найдём
	M кр = M кр.номαn .							(7.10)
При R1 = 0 формула Клосса имеет вид:

M =

2M кр

=

2M кр.номαn

.

s

+

sкр

s

+

sкр

sкр

s

sкр

s

Критическое скольжение при R1 = 0:

	sкр =		R′	=		R′		=	sкр.ном
			2			2				,
		X1	+ X 2′		α(X1.ном + X 2.′ном )				α

где

sкр.ном =	R2′			.
	X1.ном +	X 2.′
			ном

Подставив выражение для (7.12) в (7.11), получим:

M =		2M кр.номαn
						.
		αs	+	sкр.ном
		sкр.ном		αs

Поскольку

	as =	ω0	ω0 −ω =	ω0 −ω = sa ,
		ω0.ном
			ω0	ω0.ном

(7.11)

(7.12)

(7.13)

(7.14)

(7.15)

где sа – абсолютное скольжение, то

M =		2M кр.номan
							;	(7.16)
		s	a	+	sкр.ном
		sкр.ном			sa
ω =ω0 (1−s)=aω0.ном (1−s)=ω0.ном (a −as)=ω0.ном (a −sa ).								(7.17)

Выразив электромагнитный момент и угловую скорость ротора в относительных единицах:

µ =	M	; ν =	ω	,	(7.18)
	M ном		ω0.ном

получим из (7.16) и (7.17) уравнение характеристик асинхронного двигателя, управляемого по закону Костенко:

µ =			2λa n					;	(7.19.а)
		s	a	+	s	кр.ном
		sкр.ном				sa
		ν =a − sa ,							(7.19.б)

где параметрами являются абсолютное скольжение sa, относительная частота α и характер статического момента, определяемый показателем степени n.

При постоянном статическом моменте (Mс = const; n = 0) частотное управление асинхронным двигателем производится при постоянном критическом моменте

µкр = λ = const .

(7.20)

Закон регулирования в этом случае имеет вид

γ =α ,

(7.21)

или

U1 = const .	(7.22)
f1

Механические характеристики асинхронного двигателя в этом случае имеют вид рис. 7.1.

При квадратичном статическом моменте

M с ~ ω2

(7.23)

(n = 2, вентиляторная нагрузка) критический момент пропорционален квадрату частоты

µкр = λα 2 .

(7.24)

ν

α1 = 1

α2 < α1

α3 < α2

µ

Рис. 7.6

Закон регулирования в этом случае имеет вид

γ =α2 ,

(7.25)

или

U12 = const .	(7.26)
f1

Механические характеристики в данном случае имеют вид рис. 7.2.

ν

α1 = 1

α2 < α1

α3 < α2

µ

Рис. 7.7

При управлении с поддержанием постоянной мощности (P = const; n = –1) критический момент изменяется обратно пропорционально частоте:

µкр

=

λ

;

(7.27)

α

M ~

1

.

(7.28)

ω

Закон регулирования в этом случае имеет вид

γ =

,

(7.29)

α

или

U1

= const .

(7.30)

f 1

Обычно такое регулирование скорости используют при α > 1 (рис.

7.3).

ν

α3 > α2

α2 > α1

α1 = 1

µ

Рис. 7.8

В реальном асинхронном двигателе, в отличие от идеализированного, активное сопротивление обмотки статора отлично от нуля, что приводит к и зменению свойств и характеристик реального асинхронного двигателя по сравнению с идеализированным. В частности,

при управлении по закону	U1 = const , это вызывает уменьшение
	f1

критического момента двигателя при работе на пониженных частотах (рис.

7.4).

ω

R1 = 0

R1 > 0

M

Рис. 7.9

7.2. Подготовка к выполнению работы

Для значений частоты, заданных преподавателем, рассчитать значения напряжения для регулирования скорости асинхронного двигателя

по законам	U1 = const ,	U12 = const ,	U1			= const .
				f
	f1	f1			1

7.3. Порядок выполнения работы.

ВНИМАНИЕ! ПЕРЕД ВКЛЮЧЕНИЕМ ПИТАНИЯ СТЕНДА ВСЕ ТУМБЛЕРЫ ДОЛЖНЫ НАХОДИТЬСЯ В ОТКЛЮЧЕННОМ СОСТОЯНИИ (НИЖНЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ); ДВИЖОК РЕЗИСТОРА R201 ДОЛЖЕН НАХОДИТЬСЯ ПРИМЕРНО В СРЕДНЕМ ПОЛОЖЕНИИ; ДВИЖКИ ОСТАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕННЫХ

РЕЗИСТОРОВ ДОЛЖНЫ НАХОДИТЬСЯ В КРАЙНЕМ ЛЕВОМ ПОЛОЖЕНИИ.

1.Собрать схему рис 7.5. Включить питание стенда, после загрузки включить ШИП–1, ШИП–2 и ШИП–3 тумблерами SA300, SA301, SA302. Установить токи возбуждения машин M1 – M3 резисторами R300 – R302

400 мА.

2.Включить SA700. Включить SA1. Кнопкой SB700 подключить M4 к инвертору. Установить резистором R402 частоту инвертора 25 Гц, затем резистором R401 напряжение 110 В. Установить R201 примерно в среднее положение, включить SA100, затем SA200. Кнопкой SB704 подключить якорь M1 к ШИП. Вращая R201, установить величину тока в цепи якорей машин M2, M3 равной нулю (PA4). Увеличить выходную частоту инвертора до 50 Гц (R402), затем его напряжение до 220 В (R401, PV3). Установить величину тока в цепи якорей машин M2, M3 равной нулю (R201, PA4).

3.Снять естественную характеристику асинхронного двигателя. Вращая R201 в сторону, соответствующую уменьшению скорости агрегата M3 – M4, снять 5 – 6 точек характеристики. ВНИМАНИЕ! При снятии

характеристики не допускать увеличения токов якорей машин М1 –

М3 и статора M4 более 3 А! Результаты измерений занести в таблицу (табл. 7.1). Резистором R201 уменьшить ток якорей машин M2, M3 до нуля

(PA4).

										Табл. 7.1
U4, В		I4, А		Ua2–3, В		Ia2–3, А		ω2, с–1		M, Н м
(PV3)		(PA5)		(PV2)		(PA4)		(ИС2)
4. Установить			рассчитанные			в	соответствии с			законом
регулирования		U1 = const напряжение				и	частоту	на выходе		инвертора.
		f1

Резистором R201 уменьшить ток якорей машин M2, M3 до нуля (PA4). Повторить п. 3 для установленных значений напряжения и частоты.

5. Повторить п. 4 для других значений напряжения и частоты,

рассчитанных по закону U1 = const . f1

6. Повторить п. 3 – 5 для значений напряжения и частоты,

рассчитанных по закону U1 = const .

f12

		ШИП			~ U2
					~ U1
								+
				K5.1	SA300	HL300		R300
			V		ШИП-1			–
			PV10
	SA100	A PA10					A	PA1
					ОВМ1
	SA101	CPU
		R911	R912	M1
+15 В						BR1
R200		K10.1	K8.1					PV1 V
R201	SA200
R202
–15 В

					БУ	Инвертор	~ U2	SB700
							SA700		SB701	K1
	~ U1		~ U1
+					+		K1
	SA301	HL301	SA302	HL302
R301					R302			K1.1	SB704
	ШИП-2		ШИП-3				SB703			K5
–					–
							V PV3
									K5.1
		PA4
		A				A PA5
M2	ОВМ2	A PA2 PA3	A	ОВМ3	M3
						BR2

PV2	V
SA1
	K9.1	K9.2
		R900-R902
	K11.1	K11.2
		R903-R905

Рис. 7.5.

7. Повторить п. 3 – 5 для значений напряжения и частоты,

рассчитанных по закону	U1			= const .
		f	1

8. Установить ток якоря машины M1 (R201, PA10) равным нулю. Отключить якорь M1 от ШИП (SB703). Выключить SA200, SA100. Плавно уменьшить напряжение на выходе инвертора (R401, PA5) примерно до 110 В, затем уменьшить частоту (R402) примерно до 25 Гц. В той же последовательности (сначала напряжение, затем частота) уменьшить напряжение и частоту на выходе инвертора до нуля. Отключить M4 от инвертора (SB701). Отключить SA700. Уменьшить токи возбуждения машин M1 – M3 до нуля ( R300, PA1, R301, PA2, R302, PA3). Отключить ШИП1 – ШИП3 (SA300, SA301, SA302). Отключить питание стенда.

7.4. Обработка результатов измерений.

1. Рассчитать электромагнитный момент двигателя M4 по выражению

M= kΦIа.3 .

2.Построить графики электромеханических и механических характеристик асинхронного двигателя для различных законов регулирования его скорости.

7.5. Контрольные вопросы

1.Для чего при частотном регулировании скорости асинхронного двигателя вместе с частотой изменяют напряжение?

2.От чего зависит выбор закона частотного регулирования асинхронного двигателя?

3.Как изменяется максимальный момент асинхронного двигателя

при				регулировании его скорости по законам:	U1 = const ,	U12 = const ,
	U1				f1	f1
				= const ?
		f	1

4. Как влияет активное сопротивление обмотки статора асинхронного двигателя на максимальный момент при законе

регулирования U1 = const ? f1

5. Как необходимо изменять напряжение и частоту на статоре асинхронного двигателя для поддержания постоянным его максимального момента с учётом активного сопротивления обмотки статора?

7.6. Требования к содержанию отчёта

Отчёт по лабораторной работе должен содержать: название лабораторной работы; цель лабораторной работы; чертёж исследуемой схемы; таблицу с результатами измерений; графики электромеханических и механических характеристик асинхронного двигателя при различных законах регулирования его скорости; вывод по работе.