Материал: КП. Драчев Г.И.Теория электропривода.2002_КП
36
.
н
k
Ф
)
э
R
т
R
я
I(r
в
∆
U
cos
α
do
E
ω
+
+
−
−
=
в
котором
эквивалентное
индуктивное
сопротивление
фазы
трансформатора
рас
-
считывают
по
(13.13).
Падение
напряжения
на
открытых
тиристорах
для
трехфазной
мостовой
схемы
составляет
.
В
),
2
...
1
(
U
в
=
∆
Выражение
электромеханической
характеристики
двигателя
в
системе
ТП
–
Д
имеет
вид
(15.6)
После
подстановки
ω
=
ω
зад
,
I=I
зад
,
где
,
k
Ф
М
I
н
с
зад
=
(15.7)
получают
среднее
значение
выпрямленной
ЭДС
α
cos
E
Е
0
d
d
=
(15.8)
и
при
необходимости
–
cos
α
.
Естественная
электромеханическая
характеристика
системы
ТП
–
Д
прохо
-
дит
через
точку
(
ω
н
, I
н
)
при
напряжении
.
cos
Е
U
н
0
d
н
α
=
При
этом
углу
α
н
соответствует
напряжение
управления
преобразователем
U
ун
.
В
документации
на
тиристорные
преобразователи
зачастую
не
приводится
его
регулировочная
характеристика
,
поэтому
базовое
напряжение
управления
преобразователем
принимают
U
уб
≈
5
В
при
номинальном
выходном
напряжении
преобразователя
.
Коэффициент
усиления
ТП
определяют
уб
н
тп
U
U
k
=
. (15.9)
Различные
скорости
вращения
двигателя
могут
быть
получены
параллель
-
ным
переносом
характеристики
системы
ТП
–
Д
вниз
от
естественной
.
Полученные
зависимости
не
учитывают
режим
прерывистых
токов
,
поэтому
в
зоне
малых
нагрузок
рассчитывать
скорости
по
(15.6)
не
рекомендуется
.
“
Граничные
”
значения
зоны
прерывистых
токов
зависят
от
угла
регулирования
α
и
параметров
схемы
выпрямления
.
Величина
граничного
тока
для
трехфазной
мостовой
схемы
(
m
=6)
определяется
по
приближенной
формуле
)
m
ctg
m
1
(
)
L
L
L
2
(
f
2
sin
Е
I
р
я
Т
н
1
0
d
гр
π
π
π
α
⋅
−
⋅
+
+
⋅
⋅
=
. (15.10)
Для
заданной
скорости
ω
зад
определяют
значение
напряжения
и
угол
α
,
и
проверяют
режим
работы
преобразователя
.
Если
I
зад
<
I
гр
,
то
преобразователь
работает
в
режиме
прерывистого
тока
и
необходимо
уточнение
вида
характеристик
.
Методика
расчета
характеристик
при
-
37
ведена
в
[
5
]
.
Для
обеспечения
работы
двигателя
в
этом
режиме
приходится
замы
-
кать
систему
по
скорости
(
см
.
приложение
И
.7 )
15.2.2.
Расчет
частоты
и
напряжения
двигателя
в
системе
ПЧ
–
АД
при
работе
в
заданной
точке
При
питании
асинхронного
двигателя
от
преобразователя
частоты
в
процес
-
се
преобразования
напряжения
промышленной
частоты
в
напряжение
регулируе
-
мой
амплитуды
и
регулируемой
частоты
возникают
потери
напряжения
и
мощно
-
сти
в
преобразователе
.
Обычно
такие
преобразователи
имеют
внутренние
обрат
-
ные
связи
,
и
при
изменении
нагрузки
двигателя
выходное
напряжение
и
частота
практически
не
изменяются
.
Поэтому
в
дальнейшем
напряжение
и
частоту
на
ста
-
торе
двигателя
будем
считать
независящими
от
нагрузки
.
Синхронная
скорость
двигателя
ω
0
зависит
от
частоты
питающей
сети
f
1
и
числа
пар
полюсов
р
n
:
n
1
0
р
f
2
π
ω
⋅
=
. (15.11)
Для
устойчивой
работы
двигателя
необходимо
при
изменении
частоты
под
-
держивать
перегрузочную
способность
двигателя
,
что
обеспечивается
регулиро
-
ванием
напряжения
на
статоре
по
различным
законам
в
зависимости
от
частоты
и
от
характера
изменения
статического
момента
.
Эти
особенности
необходимо
учи
-
тывать
при
расчете
частоты
и
амплитуды
напряжения
.
Наиболее
распространен
закон
изменения
амплитуды
напряжения
пропор
-
ционально
частоте
U/ f =const.
При
таком
законе
(
если
r
1
=0)
максимальный
мо
-
мент
постоянен
М
к
≅
const
и
не
зависит
от
частоты
.
Также
не
зависит
от
частоты
.
const
ω
ω
∆ω
к
0
к
≈
−
=
Это
позволяет
для
приближенных
расчетов
(
r
1
=0
)
использовать
прием
па
-
раллельного
переноса
естественной
механической
характеристики
,
при
этом
есте
-
ственная
характеристика
перемещается
вдоль
оси
ω
и
устанавливается
в
точке
ω
зад
,
М
зад
.
В
этом
случае
синхронная
скорость
,
соответствующая
заданной
точке
,
,
∆ω
ω
ω
е
зад
озад
+
=
(15.12)
где
∆ω
е
–
отклонение
скорости
от
синхронной
на
естественной
характеристике
при
заданном
моменте
М
зад
.
Частота
напряжения
в
заданной
точке
1
н
1
н
0
н
озад
1
зза
f
α
f
ω
ω
f
⋅
=
⋅
=
, (15.13)
где
f
1
н
= 50
Гц
–
номинальная
частота
напряжения
на
статоре
;
ω
он
–
синхронная
частота
вращения
двигателя
при
номинальной
частоте
f
1
н
.
Напряжение
на
статоре
можно
определить
из
формулы
(14.17)
38
,
3
2
)
x
(
2
1
r
1
(r
αω
к
2
М
U
k
он
1
зза
α
+
+
=
(15.14)
принимая
для
обеспечения
перегрузочной
способности
двигателя
М
к
=(2
÷
3)
М
зад
. (15.15)
Используя
Т
-
образную
схему
замещения
асинхронного
двигателя
(
см
.
приложе
-
ние
Е
)
и
определив
относительное
значение
частоты
напряжения
на
статоре
α
и
относительное
напряжение
,
U
U
γ
фн
1
зза
=
(15.16)
рассчитывают
механическую
и
электромеханические
характеристики
,
обеспечи
-
вающие
работу
двигателя
в
заданной
точке
.
Для
расчета
характеристик
можно
использовать
основные
соотношения
для
асинхронного
двигателя
при
частотном
управлении
М
, I
1
, I
2
’
=f(
α
,
γ
),
полученные
в
[
17
]
для
Т
-
образной
схемы
замещения
(
см
.
приложение
Ж
).
В
связи
с
тем
,
что
f
1
зад
и
U
1
зад
были
определены
приближенно
(r
1
≈
0),
в
процессе
расчета
приходит
-
ся
уточнять
значения
частоты
и
напряжения
,
чтобы
механическая
характеристика
проходила
через
заданную
точку
.
Существенно
облегчает
расчет
применение
программы
harad
из
каталогов
вычислительного
центра
кафедры
электропривода
ЮУрГУ
(
см
.
приложение
Е
).
Программа
позволяет
уточнить
значения
частоты
и
напряжения
,
так
как
учитыва
-
ет
активные
сопротивления
обмоток
фаз
статора
r
1
.
В
результате
расчета
добива
-
ются
прохождения
механической
характеристики
через
заданную
точку
.
Характе
-
ристики
двигателя
для
скорректированных
значений
частоты
и
напряжения
выво
-
дятся
на
дисплей
и
на
печать
в
виде
таблицы
или
графиков
.
15.2.3.
Расчет
частоты
и
тока
статора
двигателя
в
системе
источник
тока
–
асинхронный
двигатель
(
ИТ
-
АД
)
При
работе
двигателя
в
режиме
частых
пусков
и
торможений
большое
зна
-
чение
имеют
условия
формирования
пусковых
и
тормозных
моментов
.
Механиче
-
ские
характеристики
асинхронного
двигателя
при
питании
от
преобразователя
частоты
,
работающего
в
режиме
автономного
источника
напряжения
,
существен
-
но
снижают
критический
момент
в
зоне
малых
частот
.
Здесь
существенно
влияет
активное
сопротивление
обмотки
фазы
статора
r
1
.
Для
увеличения
момента
в
зоне
малых
частот
приходится
повышать
напряжение
на
статоре
.
Для
устранения
влияния
активного
сопротивления
обмотки
статора
приме
-
няют
питание
двигателя
от
автономного
источника
тока
,
в
качестве
которого
мо
-
гут
быть
использованы
различные
схемы
[
10
]
.
К
ним
относятся
индуктивно
-
ем
-
костный
источник
тока
,
тиристорный
преобразователь
частоты
с
глубокой
отри
-
цательной
обратной
связью
по
току
.
При
питании
статора
двигателя
от
источника
тока
величина
тока
статора
не
зависит
от
нагрузки
двигателя
,
а
определяется
лишь
управляющим
воздействием
.
39
Для
предварительной
оценки
частоты
тока
статора
может
быть
использован
параллельный
перенос
естественной
характеристики
в
точку
ω
зад
,
М
зад
2
.
Частота
тока
статора
f
1
зад
рассчитывается
по
(15.13),
а
синхронная
скорость
–
по
(15.12).
Величина
критического
момента
М
кт
при
питании
от
источника
тока
не
за
-
висит
от
активного
сопротивления
статора
:
)
x
(x
2
ω
x
3I
М
µ
'
2
0
н
2
µ
2
1
кт
+
⋅
=
. (15.18)
Для
предварительного
расчета
принимают
М
кт
=(2…3)
М
зад
,
обеспечивая
этим
перегрузочную
способность
двигателя
,
и
определяют
величину
тока
статора
2
µ
'
2
µ
0
н
k
т
1
зза
3x
)
x
(x
ω
2
М
I
+
⋅
=
. (15.19)
Механические
характеристики
строят
по
формуле
S
S
S
S
М
2
М
кт
кт
кт
α
α
α
α
+
=
, (15.20)
где
(
)
;
µ
x
'
2
x
'
2
r
кт
α
S
;
ω
ω
озад
ω
α
S
он
+
=
−
=
ω
0
зад
=
α
ω
он
–
синхронная
скорость
двигателя
при
заданной
частоте
;
α
S
к
–
критическое
абсолютное
скольжение
;
α
S –
текущее
значение
абсолютного
скольжения
.
Электромеханические
характеристики
при
I
1
= const
строят
по
закону
рас
-
пределения
токов
в
параллельных
цепях
[
10
]
:
(
) ( )
(
) (
)
.
x
x
α
S
R
x
α
S
R
I
I
2
2
µ
2
2
2
2
2
2
1
µ
′
+
+
′
′
+
′
=
(15.23)
(
) (
)
;
x
x
α
S
R
x
I
I
2
2
µ
2
2
µ
1
2
′
+
+
′
⋅
=
′
Расчет
характеристик
при
питании
от
источника
тока
может
быть
выполнен
на
ЭВМ
по
программе
harad (
см
.
приложение
Е
).
В
результате
расчета
уточняют
значение
частоты
тока
статора
,
обеспечивающей
работу
двигателя
в
заданной
точке
,
и
получают
распечатку
таблиц
или
графиков
рассчитанных
характеристик
.
(15.24)
40
16.
РАСЧЕТ
ПАРАМЕТРОВ
СХЕМ
ВКЛЮЧЕНИЯ
,
ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ
ПУСК
И
ТОРМОЖЕНИЕ
ДВИГАТЕЛЯ
В
зависимости
от
требований
,
предъявляемых
к
электроприводу
,
различают
режимы
пуска
:
–
форсированный
,
при
котором
время
пуска
минимально
,
а
максимальный
мо
-
мент
двигателя
при
пуске
принимают
равным
максимально
допустимому
М
макс
.
доп
(
для
двигателей
постоянного
тока
–
предельно
допустимому
по
усло
-
виям
коммутации
,
для
асинхронных
двигателей
–
критическому
моменту
с
уче
-
том
допустимого
снижения
напряжения
питающей
сети
– 0.8
Мк
);
–
нормальный
,
при
котором
время
пуска
не
ограничивается
,
а
величина
момента
двигателя
на
всех
этапах
пуска
не
должна
быть
ниже
момента
сопротивления
движения
–
М
2
≥
1,2
М
с
;
–
обеспечивающий
заданное
допустимое
ускорение
а
доп
при
пуске
,
при
котором
ограничивается
динамический
момент
двигателя
(
см
.
формулу
11.5).
Из
рассмотренных
режимов
будем
использовать
режим
пуска
с
ограничением
ускорения
электропривода
,
так
как
два
других
режима
являются
граничными
.
При
питании
двигателя
от
цеховой
сети
обычно
применяют
реостатный
пуск
с
постепенным
выводом
ступеней
сопротивлений
из
работы
.
В
системах
электро
-
привода
с
питанием
двигателя
от
преобразователя
(
ТП
–
Д
,
ПЧ
–
АД
и
др
.)
пусковые
режимы
обеспечиваются
системой
управления
путем
формирования
выходного
напряжения
(
тока
)
преобразователя
.
16.1.
Реостатный
пуск
Пуск
двигателя
при
питании
от
цеховой
сети
осуществляется
включением
в
цепь
двигателя
добавочных
сопротивлений
с
последующим
их
шунтированием
по
мере
разгона
в
функции
тока
(
скорости
,
времени
).
Для
пуска
рассчитывается
пра
-
вильная
пусковая
диаграмма
[
3,9,10,11
]
,
в
которой
максимальные
моменты
М
1
равны
на
каждой
из
пусковых
характеристик
.
Также
равны
между
собой
и
момен
-
ты
переключения
М
2
(
см
.
рис
. 16.1).
Расчет
правильной
пусковой
диаграммы
начинают
с
расчета
максимального
момента
М
1
и
полного
сопротивления
силовой
цепи
R
1
при
скорости
ω
=0.
Максимальный
момент
М
1
зависит
от
режима
пуска
.
Из
условия
обеспече
-
ния
допустимого
ускорения
момент
М
1
рассчитан
в
табл
. 12.1.
М
1
=
М
доп
.
уск
.
Необходимо
обязательно
убедиться
,
что
М
1
не
превышает
максимально
допусти
-
мый
момент
двигателя
М
1
≤
М
макс
.
доп
.
В
цикле
работы
двигателя
возможно
наличие
нескольких
значений
момен
-
тов
М
доп
.
уск
,
ограничивающих
ускорение
рабочего
органа
.
Так
при
пуске
на
холо
-
стом
ходу
или
пуске
с
уменьшенной
нагрузкой
,
а
также
при
изменении
приведен
-
ного
момента
инерции
рабочего
органа
изменяется
и
М
доп
.
уск
.
При
реостатном
пуске
обычно
используется
один
набор
пусковых
резисторов
.
Поэтому
при
расче
-
те
правильной
пусковой
диаграммы
необходимо
выбирать
такой
максимальный