Модель электропривода переменного тока

Простые модели асинхронного электропривода

Технические реализации. Применения

Управляемый преобразователь УП в электроприводах, регулируемых изменением напряжения, может быть выполнен на основе либо регулируемого электромашинного агрегата, либо управляемого выпрямителя.

В первом случае электропривод носит название “система генератор-двигатель” (Г-Д) — рис. 3.24. Это традиционное техническое решение, обычно применявшееся при значительных мощностях (сотни кВт и выше). ЭДС генератора Г, вращаемого с практически неизменной скоростью w_г приводным асинхронным или синхронным двигателем ПД, служит источником питания якорной цепи двигателя Д. Поскольку

то ее можно изменять, воздействуя на напряжение цепи возбуждения U_вг = U_вх.

Рис. 3.24. Система генератор – двигатель

К очевидным и важным достоинствам такой реализации УП относятся двусторонняя проводимость генератора, т.е. естественная возможность работы во всех четырех квадрантах, отсутствие искажений питающей сети, высокий коэффициент мощности.

Недостатки — две дополнительные вращающиеся машины, необходимость обслуживать генератор, инерционность цепи управления.

Система Г-Д до настоящего времени находит применение в металлургии, мощных экскаваторах и т.п.

Во втором случае, ставшем в последние десятилетия основным, УП представляет собой статическое устройство — управляемый выпрямитель (рис. 3.25), собранный на тиристорах, включаемых схемой управления СУ с задержкой на угол a против момента естественного включения, благодаря чему

где Е_a — среднее значение ЭДС неуправляемого выпрямителя ( ).

Рис. 3.25. Система управляемый выпрямитель (тиристорный

В электроприводе используются все типы управляемых выпрямителей — однофазные, трехфразные, многофазные; мостовые и нулевые; нереверсивные и реверсивные.

Преимущества УП, выполненных таким образом, — отсутствие вращающихся машин, не требуют обслуживания, имеют высокое быстродействие. Недостатки — низкий коэффициент мощности

искажение напряжения питающей сети, трудно компенсируемое при значительных мощностях, необходимость в двух комплектах вентилей для работы в четырех квадрантах, необходимость в сглаживающих и уравнительных реакторах, утяжеляющих конструкцию.

Система тиристорный преобразователь-двигатель (система ТП-Д) является штатным техническим решением практически везде, где используется электропривод постоянного тока и лишь в последние годы активно вытесняется частотно-регулируемым асинхронным электроприводом.

Источник тока (I = const) в системе “источник тока — двигатель” также может быть организован на основе управляемого выпрямителя с сильной отрицательной обратной связью по току, и такое решение будет обладать всеми перечисленными выше недостатками.

Интересны параметрические источники тока, выполненные на основе резонансных LC — цепей. Рассмотрим кратко принцип действия таких источников тока — индуктивно-емкостных преобразователей (ИЕП) на примере схемы, показанной на рис. 3.26,а. Схема состоит из трех одинаковых реакторов переменного тока с реактивным сопротивлением х_L и трех одинаковых батарей конденсаторов с реактивным сопротивлением х_С. Точки А, В, С подключены к симметричной трехфазной сети переменного тока с напряжением U_1л; к точкам a, b, c подключена нагрузка — три одинаковые резистора, соединенные в звезду, причем величина их сопротивления может изменяться от нуля до R_2макс. В электроприводе нагрузкой является якорь двигателя, включенный через неуправляемый выпрямитель (рис. 3.26,б); тогда

Рис. 3.26. . Схема индуктивно-емкостного преобразователя, нагруженного резисторами (а) и подключение двигателя (б)

Принцип действия ИЕП основан на явлении резонанса напряжений в цепи L-C. Пусть U_1л = const, f = const, х_L = х_С = х_р.э, активные сопротивления реакторов и конденсаторов пренебрежимо малы. Так как схема симметрична, рассмотрение проведем для одной фазы; токи и напряжения в других фазах будут иметь соответственно одинаковые амплитуды, но будут сдвинуты по фазе на .

Для схемы на рис. 3.26,а справедливы следующие уравнения, записанные в комплексных величинах:

Решая эти уравнения, с учетом равенства реактивных сопротивлений получим:

то есть ток I₂ не зависит от величины R₂, а определяется лишь величинами U_1л и х_р.э — схема по отношению к нагрузке обладает свойствами источника тока.

Характеристики источника тока на рис. 3.26,а показаны на рис. 3.27 в относительных единицах; за базовые приняты I₂ и U_1ф.

Рис. 3.27. Характеристики индуктивно-емкостного преобразователя

Рассмотренное устройство отличается простотой, высокой надежностью, высокими технико-экономическими показателями, мало искажает при работе на неуправляемый выпрямитель напряжение сети, не нуждается в трансформаторе для согласования напряжений сети и нагрузки.

Электроприводы по системе “источник тока — двигатель”, практически не известные за рубежом, успешно применяются в отечественной практике в установках, транспортирующих гибкую ленту, полосу, нить, жилу кабеля с поддержанием натяжения при любой скорости (кабельная, текстильная промышленность, металлургия), в специальных лебедках с дозированным усилием, в нагрузочных устройствах испытательных стендов для создания заданных условий нагружения испытуемых двигателей, муфт, трансмиссий и т.п.

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Принцип действия асинхронной машины в самом общем виде состоит в следующем: один из элементов машины — статор используется для создания движущегося с определенной скоростью магнитного поля, а в замкнутых проводящих пассивных контурах другого элемента — ротора наводятся ЭДС, вызывающие протекание токов и образование сил (моментов) при их взаимодействии с магнитным полем. Все эти явления имеют место при несинхронном — асинхронном движении ротора относительно поля, что и дало машинам такого типа название — асинхронные.

Статор обычно выполнен в виде нескольких расположенных в пазах катушек, а ротор — в виде “беличьей клетки” (короткозамкнутый ротор) или в виде нескольких катушек (фазный ротор), которые соединены между собой, выведены на кольца, расположенные на валу, и с помощью скользящих по ним щеток могут быть замкнуты на внешние резисторы.

Несмотря на простоту физических явлений и материализующих их конструктивов полное математическое описание процессов в асинхронной машине весьма сложно:

во-первых, все напряжения, токи, потокосцепления — переменные, т.е. характеризуются частотой, амплитудой, фазой или соответствующими векторными величинами;

во-вторых, взаимодействуют движущиеся контуры, взаимное расположение которых изменяется в пространстве;

в-третьих, магнитный поток нелинейно связан с намагничивающим током (проявляется насыщение магнитной цепи), активные сопротивления роторной цепи зависят от частоты (эффект вытеснения тока), сопротивления всех цепей зависят от температуры и т.п.

Рассмотрим самую простую модель асинхронной машины, пригодную для объяснения основных явлений в асинхронном электроприводе.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Автоматизированные электроприводы переменного тока

С машинами двойного питания в асинхронном режиме.

рис.53

где ДЧВ – датчик частоты вращения (по скорости ротора);

РН – регулятор напряжения;

ФНЧС – формирователь напряжения и частоты вращения;

СУ – система управления.

На одном валу с асинхронной машиной (МДП) установлен датчик частоты вращения, который представляет из себя тахометр с возбуждением от постоянных магнитов и числом полюсов равным числу полюсов асинхронной машины. ДЧВ одновременно служит датчиком углового положения ротора. На входе блока ФНЧС подаются сигналы:

1. с частотой питающей сети через блоки Фв и РН, которые соответственно изменяют начальную фазу φ₂ со стороны питания ротора и его амплитуды.

2. подается от ДЧВ с частотой . На входе блока ФНЧС формируется синусоидальное напряжение частота которого т.е. которая в свою очередь зависит от механической нагрузки на валу двигателя.

Регулирование угловой скорости МДП в этом режиме осуществляется при отсутствии воздействия регулирующего ток на , изменение фазу с помощью ФВ и амплитуды с помощью РН. Благодаря введению обратной связи по положению ротора с помощью ДЧВ устойчивость работы электропривода будет определятся характером изменения скольжения.

Так же как и в асинхронном режиме в асинхронном режиме МДП может работать в двигательном режиме с ω больше и меньше синхронной, в генераторном режиме с ω больше и меньше синхронной.

Д регулирования в приводах с МДП ≈ 3:1 при расширении диапазона существенным образом увеличивается установленная мощность системы.

· Экономичность(за счет полезного использования энергии скольжения);

· Стабильность высокая (автономное регулирование U и φ ротора);

При двухзвенном регулировании ротор долен иметь повышенную механическую прочность.

При выборе мощности для такого электропривода необходимо учитывать также возможность регулирования реактивной мощности со стороны статора. Режим полной компенсации реактивной мощности со стороны статора требует увеличения номинального тока ротора т.е. увеличения габаритов серийно выпускаемой машины. Для двигателей мощностью 1000÷5000 МВт приведет к увеличение габаритов 2÷5 % соответственно.

Автоматизированные электроприводы переменного тока

С вентильным двигателем.

АЭП с вентильным двигателем состоит из синхронного двигателя статор которого может питаться непосредственно от промышленной электросети. Кроме того питание может осуществляться через преобразовательное устройство. Ротор имеет электромагнитную систему возбуждения с постоянными магнитами.

Кроме этого вентильный электропривод электронный коммутатор, который представляет из себя преобразователь частоты, реже НПЧ, чаще ПЧ с ПЗПТ. Функционально этот коммутатор подобен коллектору в машине постоянного тока. Преобразователь частоты управляется либо функцией положения ротора, либо функцией магнитного потока.

Вентильный коммутатор присоединяется к выводам статорной обмотки СД и выполняет две основные функции:

1. распределение постоянного тока по цепям двигателя.

2. преобразование постоянного тока в трехфазный переменный ток с регулируемой частотой и амплитудой.

Последовательность переключения тока статора и связанная с этим очередность отпирания силовых ключей определяется с помощью датчика положения ротора.

Электропривод с вентильным двигателем различаются:

2. по устройству системы управления.

Все они обладают следующими общими признаками:

1. возможность регулирования ω вращения, изменением амплитуды напряжения подводимого к статору (вниз).

2. возможность регулирования ω вращения, изменением I_Возб (вверх).

3. возможность регулирования ω вращения, изменением частоты напряжения подводимого к статору (вверх и вниз).

При этом характеристики вентильного электропривода в зависимости от режима работы коммутатора аналогичны:

· регулировочные характеристики СД

· регулировочные характеристики ДПТ НВ

· регулировочные характеристики ДПТ ПВ

рис.55

где L –фильтр для сглаживания пульсации постоянного тока;

УИ – управляемый инвертор;

БУИ – блок управления инвертором (сигнал углового положения ротора — измеряется косвенно напряжение и фаза с выхода инвертора);

В – возбудитель, предназначенный для питания обмотки возбуждения ротора.

1. Чаще всего УИ работает с некоторым постоянным углом β определяющим фиксированную частоту инвертора, регулирование ω производится изменением напряжения, т.е. (“вниз”)

2. Если , то регулировать можно изменением тока возбуждения (регулирование “вверх”);

3. Частотное регулирование (“вверх и вниз”); Но при увеличении частоты напряжения на статор СД момент изменится, необходимо изменять ток возбуждения.

4. В АЭП имеется возможность реализации механической характеристики двигателя последовательного возбуждения . Для этого ОВ ротора включают последовательно с УВ.

Режим работы вентильного коммутатора и реализуемые им функции проиллюстрируем с помощью семейства регулировочных механических характеристик вентильного ЭП.

Преимущество: вентильных электроприводов – большие функциональные возможности (большие моменты при малых угловых скоростях).

1. большое число переключений;

2. Низкое быстродействие;

3. Низкая надежность;

4. Ограниченная разрешающая способность по мощности.

Источник

Комплектный электропривод переменного тока

Характеристики Электротехнического оборудования

• Аппараты высокого напряжения (свыше 1000 В)
• Аппараты низкого напряжения
• Изделия порошковой металлургии
• Кабельные изделия
• Комплексные устройства управления электроприводами. Электропривод
• Комплектные устройства управления, распределения электрической энергии и защиты на напряжение до 1000 В
• Медицинская техника
• Оборудование насосное (насосы, агрегаты и установки насосные)
• Оборудование для кондиционирования воздуха и вентиляции
• Полупроводниковые приборы и преобразователи на их основе
• Приборы и средства автоматизации общепромышленного назначения
• Светотехнические изделия
• Силовые конденсаторы и конденсаторные установки
• Технологическое оборудование
• Трансформаторы (автотрансформаторы). Комплектные трансформаторные подстанции. Реакторы
• Тяговое и крановое электрооборудование
• Ультразвуковое оборудование
• Химические и физические источники тока
• Электрические машины
• Электроизоляционные материалы
• Электрокерамические изделия, изоляторы
• Электросварочное оборудование
• Электротермическое оборудование
• Электроугольные изделия

Характеристики станков

• токарные станки
• сверлильные станки
• расточные станки
• шлифовальные станки
• заточные станки
• электро станки
• зубообрабатывающие станки
• резьбообрабатывающие станки
• фрезерные станки
• строгальные станки
• долбежные станки
• протяжные станки
• отрезные станки
• прочее оборудование

Характеристики КПО

• прессы механические
• прессы гидравлические
• машины гибочные и правильные
• машины и вальцы ковочные
• ножницы
• автоматы кузнечно-прессовые
• молоты
• комплексы оборудования на базе кузнечно-прессовых машин
• автоматические производственные линии
• устройства механизации и автоматизации к кузнечно-прессовому оборудованию
• Разное кузнечно прессовое оборудование

Характеристики импортного оборудования

• Токарные станки
• Сверлильные станки
• Расточные станки
• Шлифовальные станки
• Заточные станки
• Электроэррозионные станки
• Зубообрабатывающие станки
• Фрезерные станки
• Кузнечно-прессовое оборудование
• Прочее оборудование
• Трубообрабатывающие станки
• Ленточнопильные станки
• Обрабатывающие центры
• Хонинговальные станки

Характеристики насосного оборудования

• Вакуумные насосы
• Дренажные, песковые, шламовые насосы
• Насосные станции, установки и мотопомпы
• Насосы для бочек
• Насосы для воды
• Насосы для скважин и колодцев
• Насосы для топлива
• Насосы химические и для агрессивных сред
• Фекальные насосы
• Прочие поверхностные насосы
• Прочие погружные насосы
• Прочие самовсасывающие и циркуляционные насосы
• Прочие насосы

Марки стали и сплавов

• Черные металлы, стали, чугун
• Цветные металлы и сплавы
• Прочие стали и сплавы
• Зарубежные аналоги

Прочее оборудование

Новости

10.02.19 — Добавлены характеристики на холодильное оборудование

01.11.17 — Добавлены характеристики на насосное оборудование

16.02.17 — Обновлены характеристики на пресс КА4537

Делитесь информацией

Не нашли на портале характеристики на нужное вам оборудование?
Отправьте нам модель отсутствующего у нас оборудования, и мы Вас оповестим, как только добавим характеристики этого оборудования на сайт.

Источник

Электродвигатели

• Основные параметры электродвигателя
  • Момент электродвигателя
  • Мощность электродвигателя
  • Коэффициент полезного действия
  • Номинальная частота вращения
  • Момент инерции ротора
  • Номинальное напряжение
  • Электрическая постоянная времени
  • Механическая характеристика
• Сравнение характеристик электродвигателей
• Области применения электродвигателей
• Производители электродвигателей

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:
• Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
• Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
• Принцип работы синхронного электродвигателя

Классификация электродвигателей

1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.

• КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
• БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
• ЭП — электрический преобразователь
• ДПР — датчик положения ротора
• ВРД — вентильный реактивный двигатель
• АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
• СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

Универсальный электродвигатель

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Бесколлекторные электродвигатели

У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

Асинхронный электродвигатель

Cинхронный электродвигатель

• Реактивный
• Гистерезисный
• Реактивно-гистерезисный
• Шаговый

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Основные параметры электродвигателя

• Момент электродвигателя
• Мощность электродвигателя
• Коэффициент полезного действия
• Номинальная частота вращения

• Момент инерции ротора
• Номинальное напряжение
• Электрическая постоянная времени
• Механическая характеристика

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

• где M – вращающий момент, Нм,
• F – сила, Н,
• r – радиус-вектор, м

,

• где P_ном – номинальная мощность двигателя, Вт,
• n_ном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

• где P – мощность, Вт,
• A – работа, Дж,
• t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

,

• где s – расстояние, м

Для вращательного движения

,

• где – угол, рад,

,

• где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

• где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
• P₁ — подведенная мощность (электрическая), Вт,
• P₂ — полезная мощность (механическая), Вт

При этом потери в электродвигатели обусловлены:
• электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
• магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
• механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
• дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Частота вращения

• где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

• где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
• m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

• где – угловое ускорение, с -2 [2]

,

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

• где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Источник