Проект автоматизированного электропривода грузового лифта (стр. 5 из 7)
Таким образом, тиристорный преобразователь электрической энергии является безынерционным звеном с коэффициентом усиления Ктп.
Выходное напряжение и частота преобразователей формируется на их входе с помощью входных устройств. В настоящее время практически все преобразователи укомплектованы задатчиками интенсивности ЗИ с различными законами изменения управляющего напряжения.
Наиболее часто применяют интегральные ЗИ, обеспечивающие плавное линейное нарастание управляющего напряжения, и пропорционально-интегральные ЗИ, в котором совместно с интегральным каналом работает пропорциональный канал. Структурная схема ЗИ для участка линейного изменения напряжения на рисунке 7.
Рисунок 7 - Структурная схема ЗИ для участка линейного изменения напряжения
9.4 Структурные схемы электроприводов
Полная структурная схема электропривода включает в себя структурные схемы составных частей: механической части, электромеханического преобразователя энергии, электрического преобразователя и задающего устройства.
Структурная схема системы ПЧ – АД в общем виде сложна. Если допустить определённые ограничения (β = const, Мк = const и др.), то для настройки систем управления можно составить структурную схему для рабочего участка механической характеристики. Однако при таких допущениях возникают погрешности в расчётах электромеханического преобразования энергии. Отсутствуют способы расчета токов в цепях двигателя. Существенно искажаются показатели нагрева, так как для расчета приходится использовать метод эквивалентного момента, также искажаются энергетические показатели системы электропривода. Поэтому сложность структурной схемы ПЧ – АД зависит от задач, которые с её помощью нужно решать.
10. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА
10.1 Естественные характеристики асинхронного двигателя
Наиболее точной механической характеристикой асинхронного двигателя является каталожная зависимость М(S), и лишь при отсутствии каталожной зависимости приходится обращаться к приближенным расчетам.
При увеличении номинальной мощности Рн двигателя величина активного сопротивления статора снижается, а при Рн > 10 кВт можно пренебречь его величиной r1 ≈ 0. Тогда a = 0 , выражение механической характеристики (14.14) преобразуется к виду:
а выражение критического скольжения – к виду:
где μк – перегрузочная способность асинхронного двигателя.
Момент потерь холостого хода асинхронного двигателя Мх рассчитать довольно сложно из-за отсутствия каталожных данных по сопротивлениям статора и ротора. Поэтому в расчетах асинхронного электропривода можно не учитывать момент потерь холостого хода (Мх ≈ 0), а электромагнитный момент в установившемся режиме принимать равным статическому моменту.
Электромеханические характеристики асинхронного двигателя – зависимости частоты вращения ротора ω от тока статора ω(I1) , от тока ротора ω(I2), от тока намагничивания ω(Iμ). Расчет этих зависимостей достаточно сложен, так как необходим учет сопротивлений статора и ротора и их изменений в зависимости от частоты токов ротора и статора. Также при расчете необходимо учитывать изменение сопротивления контура намагничивания с помощью кривой намагничивания. Чаще всего на стадии проектирования электропривода сопротивления обмоток и кривая намагничивания не известны.
С достаточной точностью для расчета электромеханических характеристик двигателя при питании от цеховой сети (напряжение постоянной амплитуды и частоты) можно использовать формулы профессора В.А.Шубенко. Эти формулы получены при не учете активного сопротивления статора (r1 = 0) и используют только каталожные данные двигателя. Ток холостого хода (ток намагничивания):
Ток статора
10.2 Расчет частоты и напряжения двигателя в системе ПЧ–АД при работе в заданной точке
При питании асинхронного двигателя от преобразователя частоты в процессе преобразования напряжения промышленной частоты в напряжение регулируемой амплитуды и регулируемой частоты возникают потери напряжения и мощности в преобразователе. Обычно такие преобразователи имеют внутренние обратные связи, и при изменении нагрузки двигателя выходное напряжение и частота практически не изменяются. Поэтому в дальнейшем напряжение и частоту на статоре двигателя будем считать независящими от нагрузки.
Синхронная скорость двигателя ω0 зависит от частоты питающей сети f1 и числа пар полюсов рn:
Для устойчивой работы двигателя необходимо при изменении частоты поддерживать перегрузочную способность двигателя, что обеспечивается регулированием напряжения на статоре по различным законам в зависимости от частоты и от характера изменения статического момента. Эти особенности необходимо учитывать при расчете частоты и амплитуды напряжения.
Частота напряжения в заданной точке:
10.3 Расчет частоты и тока статора двигателя в системе источник тока – асинхронный двигатель (ИТ-АД)
При работе двигателя в режиме частых пусков и торможений большое значение имеют условия формирования пусковых и тормозных моментов. Механические характеристики асинхронного двигателя при питании от преобразователя частоты, работающего в режиме автономного источника напряжения, существенно снижают критический момент в зоне малых частот. Здесь существенно влияет активное сопротивление обмотки фазы статора r1. Для увеличения момента в зоне малых частот приходится повышать напряжение на статоре.
При питании статора двигателя от источника тока величина тока статора не зависит от нагрузки двигателя, а определяется лишь управляющим воздействием. Для предварительного расчета принимают Мкт =(2…3)Мзад, обеспечивая этим перегрузочную способность двигателя, и определяют величину тока статора
Механические характеристики строят по формуле
где
; 
Характеристика M=f(S) приведена на рисунке 8.
Рисунок 8 – Характеристика M=f(S) асинхронного двигателя
Механическая характеристика двигателя строится по 4 основным точкам (см. рисунок 9).
Рисунок 9 – Основные точки механической характеристики двигателя
Точка 1: n0 = (60 f) / p, Точка 2 с координатами nн и Мн. Номинальная частота вращения nн задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле:
Точка 3 с координатами Мкр nкр. nкр = n0 (1 - Sкр),
Точка 4 имеет координаты n=0 и М=Мпуск. Пусковой момент вычисляют по формуле Мпуск = Мн λпуск Механическая характеристика двигателя приведена на рисунке 10.
Рисунок 10 - Механическая характеристика асинхронного двигателя
10.4 Расчет параметров схем включения, обеспечивающих пуск и торможение двигателя
При питании двигателя от индивидуального преобразователя появляется возможность плавного регулирования напряжения (частоты), поэтому переходные процессы пуска и торможения обеспечиваются формированием напряжения управления преобразователем. В разомкнутой системе преобразователь – двигатель чаще всего применяют линейное нарастание напряжения управления, что определяет линейное нарастание напряжения (частоты) питания двигателя. В этом случае величина динамического момента двигателя определяется темпом нарастания напряжения, и, в конечном итоге, производной скорости идеального холостого хода двигателя во времени dω0 / dt.
В установившемся режиме нарастания скорости двигателя, когда затухают свободные составляющие переходного процесса,
а величина установившегося значения динамического момента двигателя
.Для формирования линейного закона изменения напряжения управления на вход преобразователя подключают интегральный задатчик интенсивности ЗИ, выходное напряжение которого при подаче на его вход скачка задающего напряжения Uзад изменяется по линейному закону. При достижении величины Uзад нарастание напряжения на выходе ЗИ прекращается. Выходное напряжение ЗИ, таким образом, является управляющим напряжением преобразователя, а величина Uзад определяет установившуюся величину скорости ω0 двигателя. Темп нарастания скорости определяется величиной базовой постоянной времени ЗИ ТЗИ, численно равной времени достижения выходного напряжения преобразователя от нуля до базового значения Uн.