8 (800) 333-53-82  - многоканальный т/ф (звонок бесплатный)
8 (4725) 48-05-24  - отдел договоров и консультаций
8 (4725) 48-04-67  - производственный отдел
Шкафы управления насосами, насосные станции, блочно-модульные здания
info@aekc.ru  - электронная почта
Насосные станции Шкафы управления Водоснабжение Проектным институтам ПРАЙС Опросный лист
Навигация
Главная
Шкафы управления Шкафы управления
Насосные станции водоснабжения Насосные станции водоснабжения
Насосные станции пожаротушения Насосные станции пожаротушения
Блок-модули Блок-модули
---
Примеры внедрения
Фотогалерея
Скачать
Цены
---
Информация
Контакты


Насосные станции



 
Главная arrow Информация arrow Наука arrow Модели и анализ
Главная | Контакты | Новости предприятия на vk.com
Модели и анализ работы асинхронного электропривода
Оглавление
Модели и анализ работы асинхронного электропривода
Датчики положения
Цифровые датчики - обзор
Бездатчиковый электропривод

Модель асинхронного электродвигателя

Модель асинхронного двигателя применяется для анализа статических и динамических характеристик при разработке и исследовании современных способов управления. Как правило, при исследовании АД применяют ряд искусственных приемов и допущений. Главным приемом является представление асинхронного двигателя в виде обобщенной электрической машины. Соответственно, в процессе рассмотрения свойств ПУМ сводится к минимуму оперирование трехфазными величинами. Обоснованность такого решения становится очевидна, если снова вспомнить легкость управления двигателем постоянного тока, а именно к нему приближает систему ПУМ использование теории обобщенной электрической машины. Модель АД основана на трехфазно-двухфазном преобразовании координат, то есть переходе от трехфазных величин реального двигателя к переменным в осях (q,d). Соответственно должен реализовываться и обратный переход к трехфазным величинам. Приближение модели АД к реальной электрической машине может быть выполнено с различной точностью, что во многом определяется расчетными возможностями вычислительной машины и целесообразностью того или иного уточнения. При этом возможна как детализация модели двигателя, так и иных элементов электропривода:  автономного инвертора, механической части, датчиков и собственно системы управления с алгоритмами ПУМ.

 

схема асинхронного двигателя

Структурная схема асинхронного электропривода

 

  Разработка универсальной векторно-матричной математической модели, получившей название обобщенной электрической машины, началась в конце 20-х годов и завершилась в конце 40-х годов ХХ века. Эта модель позволяет описывать электромагнитные процессы в идеализированной электрической машине с помощью аппарата линейной алгебры.
 Модель способна с определенной степенью точности имитировать любую электрическую машину. Данное утверждение базируется на возможности приведения электрической машины с n-фазной обмоткой статора и m-фазной обмоткой ротора к двухфазной модели. Например, при питании обмоток статора от двух источников переменного синусоидального тока, смещенных по фазе на 90° , в рабочем зазоре создается круговое вращающееся магнитное поле. Если одну из обмоток ротора подключить к источнику постоянного тока, получается модель синхронной машины. Если обе обмотки ротора замкнуть накоротко, то образуется модель асинхронной короткозамкнутой машины, при этом в обмотках ротора наводятся токи с частотой f2 = f1•s, где s – скольжение асинхронного двигателя. Если подать на одну из обмоток обобщенной машины переменное напряжение и затормозить ротор (ωr= 0), то можно получить модель трансформатора. Наконец, если одну из обмоток статора подключить к источнику постоянного тока, а обмотки ротора подключить к двум источникам переменного синусоидального тока с частотой, равной частоте вращения ротора, и фазовым смещением в 90°, таким образом, чтобы поле ротора вращалось в направлении противоположном направлению вращения его вала, то мы получим модель машины постоянного тока. В этой модели поле ротора формируется источниками питания переменного тока с управляемой частотой, роль которых в реальной машине играет источник постоянного тока и коллектор. В нашем случае представляет интерес рассмотрение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.


 При рассмотрении обобщенной электрической машины исходят из определенных положений, представленных ниже:
- электрический пространственный угол определяется как произведение механического угла поворота ротора  на число пар полюсов;
- каждому полюсу соответствует по две фазных зоны на статоре и роторе, при этом предполагается синусоидальное распределение плотности тока;
- фазные зоны статора и ротора сдвинуты в пространстве на 90 электрических градусов;
- магнитное поле статора имеет периодически повторяющуюся неравномерность, магнитное поле ротора равномерно;
- не учитывается размещение обмотки в пазах, то есть влияние пазов на картину распределения магнитного поля;
- воздушный зазор принимается равномерным, в случае исследования явнополюсной машины возможен учет неравномерности введением гармонической составляющей;
- контакты фазных зон статора неподвижны в пространстве, контакты фазных ротора неподвижны относительно ротора;
- фазные зоны статора предполагаются идентичными, аналогичное утверждение верно для фазных зон ротора;
- пренебрегается нелинейностью кривой намагничивания;
- исключается наличие в машине электростатического поля, таким образом, не учитывается наличие емкостей внутри электрической машины.


 Приведенные утверждения существенно упрощают расчет процессов в обобщенной электрической машине, однако, в то же время, снижают точность. Одним из главных недостатков можно считать линейность кривой намагничивания стали в модели машины. Как правило, в реальных машинах рабочая точка выбирается в начале нелинейного участка характеристики намагничивания и в процессе работы, особенно в динамических режимах, может смещаться в сторону глубокого насыщения, что приводит к изменению собственных, взаимных и индуктивностей рассеяния. При этом динамика приобретает иной характер, главным образом уменьшается время переходного процесса, поэтому представляется целесообразным учет нелинейности кривой намагничивания, вводя соответствующие функции индуктивностей. 
 Пренебрежение изменением активного сопротивления также дает достаточно большую погрешность. Применительно к асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором переменная величина активного сопротивления обмоток может быть обусловлена изменением их температуры и эффектом вытеснения тока, причем, с учетом времени протекания электромагнитных  переходных процессов первым фактором можно пренебречь. Необходимо отметить, что при явлении вытеснения тока в пазах электрической машины изменяется также индуктивное сопротивление рассеяния.  Как следствие рассматриваемого эффекта главным образом уменьшается время пуска двигателя.


 Большое влияние на процессы в реальной электрической машине оказывает наличие высших гармоник магнитного поля в воздушном зазоре. Это могут быть искажения синусоидального поля, вызванные как конструктивными особенностями, так и внешними воздействиями. К первым  можно отнести нерациональное размещение обмоток, вызывающее приближение формы МДС к прямоугольной или влияние пазов на распределение магнитного поля. Кроме того, высшие гармоники могут проявляться из-за нелинейности кривой намагничивания стали. Внешними воздействиями, которые способны вызвать несинусоидальность поля являются: несинусоидальное питающее напряжение, ударное изменение механического момента, в силу большой постоянной времени меньшее воздействие оказывает тепловой удар. В обобщенной машине не учитываются существующие в реальности вихревые токи. Особенно заметное влияние они оказывают при высоких частотах тока в роторе.
 Тем не менее, применение обобщенной электрической машины хорошо зарекомендовало себя при исследовании систем высокодинамичных управления АД, позволяя наглядно представить физическую сущность процессов формирования электромагнитного момента машины.

 

напряжение инвертора

Напряжение инвертора при малой частоте ШИМ

 

напряжение преобразователя частоты

Напряжение инвертора при высокой частоте ШИМ

 

Литература

 

1 Ключев В.И. Теория электропривода.- Энергоатомиздат,1985

2 Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. – М.: Высшая школа, 1987

3 Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением. – Л.: Энергоатомиздат, 1987 

4 Уайт Д.С., Вудсон Г.Х. Электромеханическое преобразование энергии.- М.-Л.: "Энергия",1964

5 Фролов Ю.М., Обобщенная электрическая машина в электроприводе; Воронежский государственный технический университет - Воронеж, 2001

 



 
купить частотный преобразователь, преобразователь частоты
преобразователь частоты, купить частотный преобразователь
Шкафы управления и блочно-модульные насосные станции ИСТОК. Многоканальный номер 8-800-333-53-82, звонок бесплатный (с мобильных и городских номеров РФ). © 2017
Яндекс.Метрика