Написано vsh, 28 March 2014 · 9218 просмотров Давно уже переделал трансмиссию сверлилки на меньшие обороты с бОльшим моментом. Были советы типа "поставь частотник и не мучайся", но я им не последовал. Поэтому (но не только) размещаю этот материал здесь, а не в "Электроприводе".Многократно доводилось читать на форуме (в самых разных местах) о чудесных свойствах векторных частотников - могут мол де поддерживать момент обычных асинхронных трехфазных двигателей на самых-самых низких оборотах. Кто-то даже писал о сохранениии мощности (возможно, просто оговорился). Впрочем, в рекламе у продавцов можно, наверное, найти и не такое!.
Я не склонен верить в чудеса, зато вполне доверяю (школьной) физике, а она утверждает, что если ток в обмотках статора меняется медленно (низкая частота), вихревые токи в роторе генерируются плохо и момент у двигателя должен падать. По (полу)интуитивным соображениям момент пропорционален квадрату тока и обратно пропорционален частоте (при прочих равных). Профессиональных книг по асинхронным движкам не читал (и не хочется), так что особо не пинайте!
Если частотник питает двигатель просто тремя синусоидальными фазами пониженной частоты, то он может попытаться поднять ток для повышения момента, но при этом ограничен нагревом обмоток и (возможно) насыщением железа в статоре. Так что на этом пути никаких чудес не видно... А может там не банальные три фазы со сдвигом на 120 градусов а бог весть какие интересные напряжения? Внутри ведь МК, а он может многое! Надо бы слазить поглядеть с осциллографом!
Добрый человек с форума предоставил мне для обследования частотник (Lenze E82EV371) вместе с подходящим движком (180 Вт, 220 В, 1500 об/мин). Цифровой осциллограф (с аналоговым на низких частотах ничего не разглядеть) я тоже взял на время - у другого доброго человека - но уже не с форума .
Чтобы не повредить ненароком осциллограф запитал его через разделительный трансформатор. Лучше (в смысле ТБ) было бы запитать частотник, но тогда трансформатор нужен мощный, а я с трудом разыскал даже 30-ваттный ТА-33 (для осциллографа). Чтобы не мешала частота ШИМ (8 кГц) повесил на все три фазы RC фильтры (100кОм*10нФ=1 мс). В разрыв одной из фаз включил самопальный трансформатор тока (из ТН-33) с аналогичным фильтром после выходной обмотки. Нагрузку двигателю давал "от руки" - тормозил шкив Ф 70 мм, установленный на оси. Городить что-то более серьезное/точное сходу не захотелось, а потом выяснилось, что это и незачем. Вот так все это выглядело.
Данные с осциллографа (два канала снимались одновременно) я перегонял в компьютер и уже там обрабатывал (для начала еще чуть подфильтровывал FFT) и рисовал окончательно.
На частоте 50 Гц картинка ничем не примечательна - хоть в нормальном, хоть в векторном режиме.
а векторный - вот так
На обеих осциллограммах в средней части двигатель нагружался. В нормальном режиме он остановился под небольшой нагрузкой, а в векторном продолжал вращаться.Видно, что напряжение на двигателе в векторном режиме выше, чем в нормальном. Ток, тоже выше. Под нагрузкой о напряжение и ток возрастают. Возрастание и спад при наложении и снятии нагрузки происходят с ощутимым запаздыванием (картинки нет). Сдвиг между фазами (120 градусов) и частота никак не реагируют на наличие нагрузки (картинки нет). В векторном режиме (на частоте 5 Гц двигатель) двигатель быстро греется даже без нагрузки.
Вот табличка с параметрами тока и напряжения в разных режимах:
В общем ясно: лучшее поддержание момента на низких оборотах в векторном режиме достигается простым увеличением тока обмоток (по крайней мере в данной модели частотника). Остается вопос: как регулятор узнает о возрастании нагрузки на валу. чтобы поднять напряжение? Попытался наводить Фурье-анализ на осциллограмму тока - искал комбинационные частоты (от пониженных оборотов). Ничего вразумительного не нашел. Опять же, для нормального анализа надо иметь хотя бы десяток периодов 5 Гц, а реакция частотника на нагрузку хоть и не мгновенная, но быстрей.
Попробовал посмотреть на поведение "косинуса фи" (обработка кривых тока и напряжения с предыдущего рисунка) - вот тут появление и сброс нагрузки виден достаточно неплохо.
Теперь пора разобраться со странноватой формой напряжения, причем еще и не зависящей ни от частоты, ни от нагрузки. Форма напряжения полностью определяется ШИМ , а значит контролируется МК. Зачем ему такая форма? А вот зачем: исходя из выпрямленных и сглаженных 220 В можно синтезировать синусоидальное напряжение с эффективным значением только 110 В - это абсолютный максимум без учета каких-либо потерь. А надо бы 127 - чтобы межфазное получилось 220. Если сделать верхушки уплощенными, эффективное напряжение возрастет. А если сделать форму такой, как на картинках выше - межфазное напряжение окажется идеально синусоидальным!
Под красной (реальной) синусоидой на верхнем рисунке (50 Гц) расчетная (идеальная) скрылась так, что ее и не видно. На нижнем рисунке (на частоте 5 Гц) расчетной синусоиды нет - тоько реальная.
Почему так происходит? Потому что эта хитрая форма состоит только из основной частоты и третьей гармоники. Амплитуда и фаза третьей гармоники подобраны так. чтобы вершина получалась максимально плоской (полное использование питающего напряжения). При сдвиге фазы основной частоты на 1/3 периода третья гармоника сдвигается на целый период и при вычитании (расчете межфазного напряжения) пропадает. Если бы сдвиг фаз был не 120, а 90 градусов, то межфазное напряжение вышло бы куда более "корявым", чем напряжение отдельных фаз (пунктир на верхнем рисунке).
В результате экспертизы лично у меня сильно прибавилось понимания работы векторного частотника. А "векторная модель" - пусть остается тайной - пока не попадет в элементарные учебники.
Добавляю картинку подключения всего ко всему.
www.chipmaker.ru
| literetura - Публикации по теме частотные преобразователи | |
| 30.10.2012 22:07 | |
|
1. По сути частотник подает на обмотку электродвигателя последовательность импульсов. Часто эти импульсы могут иметь очень большое значение напряжение (до 600 В). По этой причине обмотки электродвигателя могут чрезмерно разогреваться или может возникнуть пробой изоляции.Для преодоления этого недостатка лучше всего использовать специализированные асинхронные двигатели, рассчитанные на совместную работу с частотником. У таких двигателей обмотка сделана по повышенным требования устойчивости к пробою и перегреву.2. Частотник позволяет регулировать обороты асинхронных двигателей в широком диапазоне. Это может приводить к двум серьезным последствиям для двигателей.2.1. При длительной работе на очень низких оборотах электродвигатель может весьма серьезно перегреваться. Связано это с тем, что потока от собственного вентилятора двигателя будет не достаточно для поддержания нормальной температуры. По этой причине целесообразно при таком режиме работы оборудовать частотники принудительной системой охлаждения. 2.2. При очень большой скорости (больше номинальной) могут непредсказуемо повести себя механические части электродвигателя. В первую очередь речь идет о подшипниках. По этой причине если предполагается разгонять двигатель выше номинальной скорости, то лучше использовать специализированные двигатели, которые оснащены более надежными подшипниками.Существуют и другие трудности, обусловленные совместной эксплуатацией частотников и электродвигателей. Например, ряд моментов связан с длинной силовой цепи между преобразователем и двигателем. Эти моменты мы проанализируем в последующих статьях.Что еще почитать по теме:О преимуществах совместной эксплуатации двигателей и частотниковПочему электродвигатели лучше использовать с частотниками?
|
www.i380.ru
Рабочие режимы ТГ и ГГ Под рабочими режимами работы генератора подразумевают такие режимы, в которых он может работать длительное время. К ним относятся режимы работы машин с различными нагрузками от минимально
7. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ 7.1. Основные понятия Асинхронные машины относятся к классу электрических машин переменного тока. Мощность асинхронных машин может быть от долей ватта до нескольких тысяч киловатт.
1 Синхронные электрические машины Общие сведения и элементы конструкции Лекции профессора Полевского В.И. Синхронными машинами называются электрические машины переменного тока, у которых магнитное поле,
1 Асинхронные электрические машины Лекции профессора Полевского В.И. Устройство и принцип действия 3- фазных асинхронных двигателей Лекция 1 Асинхронные машины (АМ) в настоящее время являются самыми распространенными
Тема 0. Основы электропривода Вопросы темы. Электропривод: определение, состав, классификация.. Номинальные параметры электрических машин. 3. Режимы работы электродвигателей. 4. Выбор типа и мощности электродвигателя..
Е.И. Забудский ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Оглавление 1. Цель работы... 3 2. Программа работы 3 3. Основы теории... 4. Экспериментальные исследования... 4 4.1.
РАЗВИТИЕ ЛИФТОВЫХ ПРИВОДОВ Большинство существующих канатных лифтов в России и республиках бывшего СССР имеют привод с одно- или двухскоростными асинхронными двигателями. Технические и энергетические характеристики
Четыре закона электромеханики Содержание: 1. Общие сведения 1.1. Преобразование энергии связано с вращающимися магнитными полями 1.2. Для обеспечения непрерывного преобразования энергии необходимо, чтобы
Министерство образования и науки Российской Федерации Саратовский государственный технический университет КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Методические указания к лабораторной работе по спецкурсу «Проектирование
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. 1. Общие сведения о машинах переменного тока.. Вращающееся магнитное поле. 3. Устройства и принцип действия асинхронного двигателя. 4. Влияния скольжения на ЭДС,
А.И. Каплин Эффективность применения регулирования ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ УДК 621.313 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЗМОВ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО "Минераловодский колледж железнодорожного транспорта" С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и
Энергосбережение и энергоэффективность Скоробогатов Евгений ООО «НТЦ Галэкс» Энергоэффективность и энергосбережение - это прежде всего бережное отношение к энергии в любой сфере и ее безвредное производство.
МИНИСТЕРСТВО ОБРЗОВНИЯ И НУКИ РФ ФЕДЕРЛЬНОЕ ГОСУДРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРЗОВТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНЛЬНОГО ОБРЗОВНИЯ УФИМСКИЙ ГОСУДРСТВЕННЫЙ ВИЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КОМПЛЕКТ ТТЕСТЦИОННЫХ
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА УДК 61.3.018.3 ПОЛУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЙ ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЯ АВбБШв (4 70) ОТ ЧАСТОТЫ ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ СХЕМЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ «ФАЗА ОПЛЕТКА» И «ФАЗА ФАЗА» А. А. АЛФЕРОВ,
ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. 1. Достоинства трехфазной цепи. 2. Принцип получения трехфазной ЭДС. 3. Соединение трехфазной цепи звездой. 4. Назначение нейтрального провода. 5. Соединение трехфазной цепи
10 Электродвигатели Grundfos Пусковой ток Прямой пуск (DOL) Пуск типа «звезда треугольник» (SD) Сравнение прямого пуска и «звезда треугольник» Пуск через автотрансформатор Плавный пуск Пуск с помощью преобразователя
МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ 2 системы и технологии» Тема 1. Линейные цепи постоянного тока. 1. Основные понятия: электрическая цепь, элементы электрической цепи, участок электрической цепи. 2. Классификация
docplayer.ru
Изобретение относится к области электротехники, в частности к асинхронным двигателям, питаемым от преобразователей частоты и используемым в системах привода с обеспечением высоких моментов при низкой частоте вращения, и позволяет повысить энергетические, массогабаритные и моментные характеристики. Это достигается тем, что в асинхронном двигателе комплексно применяются: полуоткрытые до 2,2 мм пазы ротора специальной конструкции без скоса с переходом на высоте 1 мм к широкой части верхушки паза; пазы статора, имеющие арочную конструкцию верхней части паза и максимальное открытие до 4 мм, при соблюдении условий, что число пар полюсов 2р=6-12 выбирается так, чтобы частота питающего напряжения была не ниже 4 Гц, с жесткой увязкой соотношения чисел пазов ротора 66-130 и статора 54-108 при числе пазов ротора, большем числа пазов статора на 20%; обмотка статора с числом пазов на полюс и фазу не менее 2; магнитная система, изготовленная из стали, обладающей высокими значениями индукции без привязки к величине удельных потерь. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в улучшении энергетических показателей и повышении перегрузочной способности электродвигателя, в том числе и при его работе в генераторном режиме. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области электротехники, асинхронным двигателям, питаемым от преобразователей частоты и используемым в системах привода с обеспечением высоких моментов при низкой частоте вращения. Это всевозможные подъемные, транспортные и силовые машины.
Если для данных целей применять обычные электродвигатели, то для создания необходимого момента используются редукторы, снижающие скорость и повышающие момент на исполнительном механизме. Недостатком таких систем является наличие между двигателем и механизмом дополнительного элемента - редуктора, снижающего надежность системы привода, уменьшающего его энергоэффективность, увеличивающего затраты на обслуживание. Задача существенно меняется, если требуется обеспечить регулирование с изменением моментно-скоростной характеристики привода по определенному закону. В этих случаях применяется питание двигателя от преобразователя частоты. Наличие преобразователя частоты создает предпосылки к созданию высокоэффективной системы привода без применения редуктора. Известен безредукторный привод лифта (патент РФ на полезную модель №55224 U1, Масандилов Л.Б., в котором также имеется ссылка на монографию Яновски Л. Проектирование механического оборудования лифтов. Издательство АСВ, 2005, с.134-144). В обоих случаях рассматривается возможность применения для безредукторного привода обычного двигателя общепромышленного применения, но с измененными обмоточными данными обмотки статора. В патенте приводится приблизительный пересчет витков обмотки с целью снижения потребляемого тока от преобразователя частоты.
Физические основания работы асинхронного двигателя, подтверждаемые опытом, показывают: при снижении частоты питания двигателя при постоянстве момента на валу повышается скольжение ротора и уменьшается перегрузочная способность машины, т.е. величина максимального момента. Скольжение увеличивается, поскольку изменяется «мягкость» моментной характеристики из-за увеличения величины критического скольжения.
Sk≅R'2/(X1+Х'2), поскольку реактивные сопротивления ротора и статора уменьшаются при снижении частоты питания.
Здесь:
Sk - критическое скольжение в относительных единицах,
R'2- приведенное активное сопротивление ротора в Омах,
Х'2 - приведенное индуктивное сопротивление ротора в Омах,
X1 - индуктивное сопротивление статора в Омах.
Перегрузочная способность уменьшается из-за снижения эдс намагничивающего контура, поскольку при увеличении скольжения увеличиваются потери в цепи ротора, что приводит к увеличению тока и падению напряжения на сопротивлениях обмотки статора. Кроме того, при регулировании, близком к закону U/f=const, напряжение на малых частотах уменьшается пропорционально изменению частоты, в то же время сопротивление R1 остается неизменным.
В силу названных причин применение обычных двигателей общепромышленного применения для данных целей не оправдано и неэффективно.
Для решения данной задачи требуется создание специального двигателя, обладающего существенными отличиями от двигателей серийного производства, предназначенных для работы от промышленной сети 380 В, 50 Гц. В первую очередь это связано с особенностью возникновения потерь в двигателе при относительно низких частотах (обычно ниже 10 Гц). Основными потерями являются потери в меди статора и ротора, стальные потери и механические составляют незначительную часть, по причине низкой частоты питания и низкой частоты вращения, и в практических расчетах могут не учитываться. Поэтому основными требованиями к применяемой стали являются не удельные потери, а возможность работы магнитной системы при повышенных индукциях с наименьшим током намагничивания. Это позволяет снизить потери меди статора за счет снижения потребляемого от преобразователя тока.
Для повышения перегрузочной способности двигателя должны быть приняты меры по снижению активных и индуктивных сопротивлений ротора и статора. В роторе уменьшение индуктивного сопротивления Х'2 достигается за счет уменьшения высоты паза и раскрытием согласно фиг.1. Кроме того, уменьшение R'2 и Х'2 достигается за счет выбора числа пазов ротора большим числа пазов статора не менее чем на 20%. Статор должен выполняться на оптимальное число пар полюсов (2р). Количество полюсов выбираются из условия, чтобы частота питания было не ниже 4 Гц. Конструкция паза статора должна обеспечивать оптимальное сочетание проводимости рассеяния и проводимости основного потока с целью максимизации рабочего момента. Паз должен быть максимально широким и иметь максимально допустимое раскрытие. Количество пазов статора должно обеспечивать получение значения q (числа пазов на полюс и фазу) не менее 2. Конструкция обмотки должна обеспечивать наименьшую длину лобовых частей. Это обеспечивается оптимальным укорочением двухслойной обмотки или применением «развалки» при однослойной обмотке.
Таким образом, для низкооборотного высокомоментного асинхронного двигателя должна быть применена конструкция статора при 2р=6-12 с числом пазов 54-108 и конфигурации паза по фиг.2 с раскрытием не менее 3,5 мм. Число пазов ротора 66-130, ротор изготавливается без скоса пазов. Основные отношения приведены в таблице.
Таблица соотношения чисел пазов статора и ротора высокомоментного асинхронного двигателя, питаемого от низкочастотного преобразователя частоты.
| 2р | Z1 | Z2 (не менее) | q |
| 6 | 54 | 66 | 3 |
| 6 | 72 | 86 | 4 |
| 8 | 72 | 86 | 3 |
| 8 | 96 | 114 | 4 |
| 10 | 60 | 74 | 2 |
| 10 | 90 | 108 | 3 |
| 12 | 72 | 86 | 2 |
| 12 | 108 | 130 | 3 |
| (Z1 - число пазов статора, Z2 - число пазов ротора, 2р - число пар полюсов, q - число пазов на полюс и фазу). |
Конструкция паза ротора, изображенная на фиг.1, позволяет значительно уменьшить величину индуктивного сопротивления рассеяния за счет раскрытия паза ротора до 2,2 мм с переходом на высоте 1 мм к широкой части верхушки паза, что при сочетании чисел пазов ротора и статора, обозначенном в таблице, повышает величину максимального момента, увеличивая перегрузочную способность двигателя, что особенно важно для пуска двигателя с механизмом, имеющим большие маховые массы. Отсутствие скоса уменьшает добавочные потери от поперечных токов высших гармоник при числе пазов ротора, большем числа пазов статора, одновременно это снижает значение Х'2. Это позволяет улучшить энергетику двигателя и повысить его перегрузочную способность как в двигательном, так и в генераторном режимах.
Конструкция статора изображена на фиг.2. Данная конструкция с раскрытием паза до 4 мм преследует цель уменьшения индуктивного сопротивления рассеяния паза. Закругление верхней части паза - арочная конструкция - обеспечивает большую жесткость магнитной системы. Это улучшает виброакустические характеристики двигателя, что особенно важно при отсутствии скоса пазов ротора, а также обеспечивает наибольший коэффициент заполнения паза, что позволяет уменьшить активное сопротивление статора, уменьшить активные потери и увеличить теплоотдачу от наиболее нагретой части двигателя - обмотки статора. Все это также способствует повышению максимального момента двигателя.
Создание оптимального высокоэффективного двигателя при питании от низкочастотного преобразователя частоты обеспечивается всем комплексом предлагаемых технических решений. Применение только одного из перечисленных решений не позволит получить требуемые характеристики.
Асинхронный высокомоментный двигатель на пониженную частоту вращения, питаемый от низкочастотного преобразователя частоты, отличающийся тем, что для повышения энергетических, массогабаритных и моментных характеристик комплексно применяются: полуоткрытые до 2,2 мм пазы ротора специальной конструкции - без скоса с переходом на высоте 1 мм к широкой части верхушки паза; пазы статора, имеющие арочную конструкцию верхней части паза и максимальное открытие до 4 мм, при соблюдении условий, что число пар полюсов 2р=6-12 выбирается так, чтобы частота питающего напряжения была не ниже 4 Гц, с жесткой увязкой соотношения чисел пазов ротора 66-130 и статора 54-108 при числе пазов ротора, большем числа пазов статора на 20%; обмотка статора с числом пазов на полюс и фазу не менее 2; магнитная система, изготовленная из стали, обладающей высокими значениями индукции без привязки к величине удельных потерь.
www.findpatent.ru
Повсеместное внедрение частотников для управления скоростью электрических асинхронных двигателей это хорошая тенденция. Она позитивно сказывается как на энергосбережении, так и на экономии. Последнее, обусловлено более низкой ценой комплекта частотный преобразователь - асинхронный двигатель по сравнению с двигателем постоянного тока и системой регулирования скорости.Однако при совместном использовании частотников и электродвигателей есть ряд моментов, которые могут негативно повлиять на электродвигатель.
