Оптимизация параметров трехфазных частотно-регулируемых асинхронных двигателей

Трехфазные асинхронные двигатели (АД) с короткозамкнутым ротором и полупроводниковым преобразователем частоты (ППЧ), работающие в частотно-регулируемых (ЧР) электроприводах, все более широко используются в современном мировом электроприводе переменного тока и области их применения непрерывно расширяются, благодаря поставке на электротехнический рынок высокоэффективных ППЧ лучших зарубежных фирм; перспективно применение ЧР АД в крановых и лифтовых 2-х скоростных электроприводах, выполняемых с двухобмоточным статором.

Трехфазные ЧР АД RA-132-6 с однообмоточным статором, разработанные в серии RA на высоте оси вращения H = 132 мм при 2 p = 6 полюсах, заменяют лифтовые двухскоростные АД ( f 1 = 50 Гц): 2 p = 4/16 - полюсах с синхронными скоростями вращения n C = 60 f 1/ p в отношении n C = 1500/375 и 2 p = 6/18-полюсных при n C = 1000/333 об/мин, характеризуемые повышенными кратностями пускового и максимального моментов.

При сопротивлениях фаз обмоток (Ом) r 1, x 1, r 2', x 2' расчетные сопротивления преобразованной по Т.Г.Сорокеру схемы замещения пишутся в виде:

R 1 = r 1 (1)

X 1 = x 1(1 + s 1)(1 + r 1 r 1/ x 1)

R 2 = r 2'(1 + s 1) 2(1 + r 2 1)

X 2 = x 2'(1 + s 1) 2(1 + r 2 1)

при r К = R 1 + R 2, x К = X 1 + X 2 и , которым соответсвуют выражения пускового M П и максимального моментов M М:

(2)

где s 1 = x 1/ X М и r 1 = r 1/( X М + x 1) - коэффициенты рассеяния и сопротивления обмотнки статора при сопротивлении X М =  E 1/ I М, токе I М намагничивающей ветви; U 1Н, f 1Н - номинальные фазное напряжение и частота.

Если при пуске снижать U 1 и f 1 по закону U 1/ f 1 = const, то при U 1 =  U 1Н/ k,    f 1 =  f 1Н/ k,    z К 2 =  r К 2 + ( x К/ k) 2 для M П из (2) получаем:

(3)

где M П = M ПM при условии .

Расчеты по (3) показывают, что условие U 1/ f 1 = const не обеспечивает значений M Н/ M П = 2,6...3,3 лифтовых АД. Повышение M П и снижение тока I 1П возможно при непропорциональном снижении U 1 и f 1. Если U 1 =  U 1Н/ k,    f 1 =  f 1Н/ ck и z К 2 =  r К 2 + ( x К/ ck) 2, то для M П подобно (3)

(4)

где момент M ПМ достигается при значении k = x К/ cr К

Оптимальное значение ( ck) ОПТ определим из условия минимизации реактивного тока статора

(5)

при I' 2П = U 1/ z К,   I С.Р = I М/(1 + r 1' 2),   r 1' = r 1 ck и x К' = x К/ ck:

(6)

откуда

(7)

где r 1 = r 1/( X М + x 1) и x К соответсвуют U 1Н, f 1Н и принято, что r 1 2 = 0.

Из (2)-(4),(7) нагядно видно, что повышенные значения максимального K ММ =  M М/ M Н = 2,8...3,6 и пускового K ПМ =  M П/ M Н = 2,6...3,3 моментов лифтовоых АД достижимы в ЧР АД при уменьшении сопротивлений R 1, x К и некотором повышении R 2. При этом большим значениям k в произведении ( ck) ОПТ по (7) соответсвуют меньшие напряжение U 1 =  U 1Н/ k и ток I 1П пуска. Поэтому в разработанных ЧР RA-132-6 применена цепная обмотка шага у П = 5 вместо концентрического шага у П.СР = 6 серийного RA132S6, приняты больший воздушный зазор d и размеры пазов Q П1, b 1, b 2, меньшие h Ш1, h Ш2, h СТ, Q КЛ, что позволяет снижать сопротивления R 1 и r 1, X 1 и X 2 по сравнению с серийным RA132S6.

Задаваясь значением момента М П из (4) при

(8)

с учетом (7), определяем значение c 2 в зависимости от r К, x К, R 2:

(9)

Например, для ЧР АД RA-132-6 при f 1Н = 75 Гц ( n C = 1500 об/мин) и P 2Н = 5,0 кВт, U 1Н = 220 В, M П = 105 Н·м, c М = 2 p f 1Н M П/3 pU 1Н 2 = 0,11359, R 2 = 0,68, r К = 1,38, x К = 3,44 Ом, r 1 = 0,0236, s 1 = 0,0568 и ( ck) ОПТ = 7,27 по (7), из (9): c ОПТ = 1,607, k ОПТ = 7,27/1,607 = 4,52. По значениям c =  c ОПТ и k =  k ОПТ определяются оптимальные параметры пуска ЧР АД при учете изменений сопротивлений, зависящих от коэффициетна r 1' =  ck r 1: U 1 = 220/ k = 48,7 В; f 1 =  f 1Н/ ck = 10,3 Гц; r 1' =  ck r 1 = 0,1717; R 2 = 0,7; r К = 1,4; x К = 3,6 Ом; M П = 104,6 Н·м; x К' =  x К/ ck = 0,494;  = 1,485; I 2П' =  U 1/ z К = 32,79 A;  = 33,24 при I С.а = 0,46; I П1Р = 5,79 при I М = 7,4; I С.Р = 0,5 cI М/(1 +  r 1' 2); I 1П = 33,7; т. е. момент M П = 104,6 при M Н = 9,55 P 2Н/ n 2Н = 9,55·5000/1380 = 34,6 Н·м и K ПМ =  M П/ M Н = 3,02 достигается при уменьшенном токе I 1П, по которому выбирается ППЧ типа UNI3401 (Англия) с выходным током 34 А.

Источник: www.electro.nizhny.ru