Тороид. Производство электротехнической продукции
(49831) 4-66-21
(925) 790-73-23
toroid2011@mail.ru

Главная Продукция и услуги Статьи Полезная информация Сертификаты Награды Отзывы Контакты

Продукция и услуги

Сандлер А.С., Сарбатов Р.С.
Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями

Книга выпущена к 70-летию Московского ордена Ленина энергетического института

Сандлер А. С. и Сарбатов Р. С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. Москва, «Энергия», 1974.

В книге дается анализ статических и динамических свойств асинхронного двигателя как элемента системы частотного управления. Детально исследуются статические характеристики двигателя, работающего в системе стабилизации потока и скорости с различными обратными связями. Рассматриваются вопросы математического моделирования и экспериментального исследования электромагнитных переходных процессов при фиксированных и изменяемых в больших пределах частотах (пуски, торможения, реверсы) при иесинусоидальиой форме напряжения.

Книга рассчитана на научных сотрудников, аспирантов и инженеров, работающих в области автоматизированного электропривода, и может быть полезна студентам старших курсов соответствующих специальностей.

Редактор Ю. М. Гусяцкий
Редактор издательства Л. А. Решмина
Переплет художника В. И. Карпова
Технический редактор М. П. Осипова

© Издательство «Энергия», 1974 г.

Содержание книги
Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями

Предисловие
Введение

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
Частотное управление в установившемся режиме

Глава первая. Основные соотношения для асинхронного двигателя при частотном управлении
1-1. Допущения при исследовании статических характеристик асинхронного двигателя, управляемого преобразователем частоты
1-2. Схема замещения, основные соотношения для асинхронного двигателя при частотном управлении
1-3. Общее условие максимума момента двигателя
1-4. Влияние внутреннего сопротивления преобразователя частоты на статические характеристики асинхронного двигателя
1-5. Некоторые рекомендации по применению преобразователей частоты

Глава вторая. Системы частотного управления и характеристики двигателя
2-1. Требования к статическим характеристикам и пути их выполнения
2-2. Основные принципы частотного управления и классификация систем
2-3. Недостатки разомкнутых систем частотного регулирования
2-4. Предельный диапазон регулирования в разомкнутой системе
2-5. Структурная схема разомкнутой системы
2-6. Разомкнутые системы частотно-токового управления

Глава третья. Асинхронный двигатель в системе стабилизации потока с обратными связями по потоку, по э. д. с.
3-1. Основные соотношения
3-2. Максимальный момент, абсолютное критическое скольжение и механические характеристики
3-3. Электромеханические характеристики, потребляемая мощность
3-4. Предельный диапазон регулирования
3-5. Особенности системы с обратной связью по э. д. с. статора

Глава четвертая. Асинхронный двигатель в системе с обратной связью по току
4-1. Контур стабилизации потока с обратной связью по току статора
4-2. Особенности системы с нелинейной обратной связью по току в контуре стабилизации потока
4-3. Особенности системы с обратной связью по активной составляющей тока статора в контуре стабилизации потока
4-4. Положительная обратная связь по току в контуре стабилизации скорости
4-5. Характеристики двигателя в режиме отсечки по току

Глава пятая. Асинхронный двигатель в системе с обратными связями по абсолютному скольжению или по скорости
5-1. Коитур стабилизации потока с обратной связью по абсолютному скольжению
5-2. Особенности системы стабилизации потока с обратной связью по скорости
5-3. Контур стабилизации скорости с обратной связью по скорости
5-4. Характеристики двигателя в двухконтуриой системе стабилизации потока и скорости с обратными связями по скорости
5-5. Трехконтурные системы частотного управления
5-6. Обшие свойства систем стабилизации потока
5-7. Рекомендации по применению обратных связей в контуре стабилизации потока и систем частотного управления

Глава шестая. Экстремальное частотное управление в установившемся режиме
6-1. Условия существования минимума потерь
6-2. Условия максимума к. п. д. в режиме минимальных потерь
6-3. Свойства двигателя в режиме минимальных потерь
6-4. Управление по минимуму тока статора
6-5. Сравнение управления по минимуму потерь с другими видами частотного управления
6-6. Возможные пути реализации экстремального частотного управления

Глава седьмая. Нагрев и допустимая нагрузка асинхронных двигателей при частотном управлении
7-1. Введение
7-2. Уравнение теплового баланса при частотном управлении
7-3. Допустимый по нагреву момент двигателя при частотном управлении
7-4. О применении самовентилируемых двигателей при частотном управлении
7-5. Уравнение теплового баланса и допустимый по нагреву момент регулируемого двигателя с принудительной вентиляцией

ЧАСТЬ ВТОРАЯ
Неустановившиеся процессы при частотном управлении

Глава восьмая. Уравнения асинхронной машины и программирование их решения на АВМ для случая несинусоидального напряжения переменной частоты
8-1. Уравнения асинхронной машины и ее моделирование при несинусоидальном напряжении питания
8-2. Уравнения асинхронной машины совместно с преобразователем и их моделирование
8-3. Параметры асинхронных машии и коэффициенты усиления модели. Масштабы

Глава девятая. Влияние несинусоидальности формы напряжения на движение асинхронного привода и некоторые особенности процессов прямых пусков и реверсов при пониженных частотах
9-1. Приближенное аналитическое определение границы неравномерности движения привода из-за несинусоидальности напряжения
9-2. Неравномерное движение привода, вызванное несинусоидальностью напряжения
9-3. Особенности процессов прямых пусков и реверсов при пониженных частотах

Глава десятая. Особенности частотных переходных процессов
10-1. Введение
10-2. Исследование влияния времени изменения частоты на переходные процессы пуска и торможения

Приложение
Список литературы

ПРЕДИСЛОВИЕ

Исследователи и инженеры, работающие в области автоматизированного электропривода, в последние годы все больший интерес проявляют к вопросам частотного управления асинхронными двигателями. Этот интерес усиливается тем, что уже в настоящее время не возникает сомнений в возможности и целесообразности создания и серийного изготовления статических преобразователей частоты на тиристорах, отличающихся высокими энергетическими .показателями, повышенной надежностью, большим быстродействием, бесшумностью и обеспечивающих на своем выходе требуемое соотношение между частотой и амплитудой напряжения как в статических, так и в динамических режимах.

Соблюдение необходимого и автоматически устанавливаемого соотношения между частотой и амплитудой подводимого напряжения к статору асинхронного двигателя обеспечивается в замкнутых системах частотного управления. Только в таких, автоматически действующих, системах возможно оптимальное управление асинхронными двигателями, причем электрический привод переменного тока, будучи бесконтактным, может обладать лучшими характеристиками по сравнению с автоматически управляемым приводом постоянного тока.

Асинхронный двигатель в этом случае в переходном режиме может развивать существенно большие моменты, чем двигатель постоянного тока, что обеспечивает электроприводу высокое быстродействие с относительно малыми потерями энергии, а в установившемся режиме — плавное, широкое и экономичное регулирование скорости.

Экономические выгоды частотного управления асинхронными двигателями особенно существенны для приводов повторно-кратковременного режима, для приводов с длительной нагрузкой и частыми реверсами, высокоскоростных механизмов и т. п. (подъемно-транспортные устройства, продольно-строгальные, шлифовальные станки, высокоскоростные установки различных испытательных стендов и т. п.).

В предлагаемой книге рассматриваются методы расчета статических и динамических характеристик асинхронного двигателя как элемента системы автоматического частотного управления.- Анализируются и обосновываются при этом замкнутые системы электропривода с различными обратными связями, выявляются возможности электропривода в отношении обеспечения необходимой перегрузочной способности и диапазона регулирования скорости, излагаются некоторые вопросы переходных режимов при частотном управлении с учетом электромагнитных процессов.

Авторы весьма признательны доктору техн. наук Т. А. Глазенко, сделавшей полезные замечания по рукописи при ее рецензировании, и канд. техн. наук Ю. М. Гусяцкому, проделавшему 'большую работу по редактированию книги.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Современные машины и механизмы в различных областях техники должны отличаться большой производительностью при необходимой точности обработки, высоким уровнем автоматизации, облегчающим обслуживание, а также иметь сравнительно невысокую первоначальную стоимость и небольшие эксплуатационные расходы, быть надежными и долговечными.

Выполнению этих требований способствует автоматизированный электропривод, с помощью которого можно осуществить плавное и широкое регулирование скорости исполнительного механизма, т. е. обеспечить оптимальные технологические режимы. В то же время использование широкорегулируемого электропривода позволяет приблизить электродвигатель к рабочему органу механизма, следовательно, упростить кинематические связи, т. е. осуществить механизмы в целом более точными. При использовании электропривода и соответствующей системы управления легко автоматизируется технологический процесс, а бесперебойная работа электропривода повышает надежность эксплуатируемых машин и механизмов. Поэтому исследование и создание эффективных управляемых электроприводов является важной задачей теории и практики современного автоматизированного электропривода.

Исследователей и инженеров многих стран мира, в том числе и Советского Союза, привлекает возможность использования асинхронного короткозамкнутого двигателя в автоматизированном электроприводе. Асинхронный двигатель, как известно, по сравнению с двигателем постоянного тока при одной и той же мощности и номинальной угловой скорости в 1,5—2 раза легче, момент инерции его ротора более чем в 2 раза меньше и стоимость его существенно ниже — примерно в 3 раза. Асинхронный короткозамкнутый двигатель, будучи бесконтактной машиной, является более надежным в сравнении с машиной постоянного тока, имеющей коллектор, который осложняет эксплуатацию и ограничивает по условиям коммутации динамические нагрузки.

Известны различные способы управления коротко-замкнутыми асинхронными двигателями, однако самым экономичным и в некоторых случаях единственно приемлемым является частотное управление. Реализация частотного управления возможна с помощью преобразователя частоты. Применявшиеся ранее электромашинные преобразователи частоты с синхронным генератором или асинхронным преобразователем ограничивали частотное управление асинхронным двигателем только некоторыми специальными случаями, например испытательные высокоскоростные установки, регулируемые электрошпиндели и т. п., где невозможно использование двигателей постоянного тока. Недостатками указанных преобразователей частоты являются их громоздкость, они значительно сложнее привода постоянного тока, управляемого по системе генератор — двигатель. Электромашинные преобразователи частоты отличаются низким к. п. д. и высокой инерционностью, так как изменение частоты достигается за счет регулирования угловой скорости синхронного генератора или асинхронного преобразователя.

Потому электромашинные преобразователи не могли разрешить задачи создания эффективного управляемого бесколлекторного привода переменного тока общего назначения, в силу чего на протяжении длительного времени и сейчас господствует привод постоянного тока для механизмов, требующих плавного и широкого регулирования скорости, частых пусков и реверсов.

Важной задачей частотного управления является создание экономичного регулируемого быстродействующего и бесконтактного электропривода переменного тока общего назначения. Решение этой проблемы в целом можно разделить на два важных и больших направления.

Первое направление — техническая реализация проблемы: создание сравнительно простых и экономичных преобразователей частоты, позволяющих независимо управлять амплитудой и частотой питающего напряжения. В последние годы благодаря большим успехам в области развития полупроводниковой техники и особенно в освоении мощных высокочастотных тиристоров высокого класса оказалось возможным создавать статические преобразователи частоты, позволяющие осуществлять независимое регулирование амплитуды и частоты напряжения практически с любым их соотношением.

Японской фирмой «Тошиба» разработана серия трехфазных тиристорных преобразователей частоты с промежуточным звеном постоянного тока с наибольшей частотой на выходе 120, 200 и 400 Гц и мощностью до 120 кВ-А. Фирмой «Сименс» изготовлены преобразователи частоты с инверторами с широтно-импульсной модуляцией, обеспечивающими получение весьма низких частот для глубокого регулирования угловой скорости асинхронных двигателей мощностью в 400—500 кВт. Наряду с техническими возможностями отмечается и высокая надежность тиристорных преобразователей частоты, например по данным промышленной эксплуатации значительного числа инверторов в США среднее число часов работы их без нарушений достигло 45 000.

Большой вклад в разработку проблем электропривода с частотным управлением внесли советские ученые и инженеры. Здесь прежде всего должно быть подчеркнуто первостепенное значение работ акад. М. П. Костенко, который еще в 1916 г. совместно с Н. С. Япольским предложил идею коллекторного генератора с постоянной угловой скоростью и регулируемой частотой на его выходе независимо от регулирования амплитуды напряжения. В дальнейшем, в области совершенствования электромашинных и создания электронно-ионных преобразователей частоты большая работа проводилась коллективами ведущих институтов нашей страны: в Институте электромеханики АН СССР под руководством акад. М. П. Костенко, чл.-корр. Д. А. Завалишина и чл.-корр. А. Е. Алексеева, в Институте автоматики и телемеханики АН СССР под руководством акад. В. С. Кулебакина, в ЭНИН им. Г. М. Кржижановского под руководством проф. Ю. Г. Толстова, в МЭИ под руководством проф. И. Л. Каганова и проф. А. Т. Голована, в Институте энергетики АН УзССР под руководством проф. М. 3. Хамудханова и др.

Скачать книгу "Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями". Москва, издательство Энергия, 1974

143502 МО, г.Истра-2, ул. Заводская, 43А. Тел. (49631) 4-66-21. E-mail: toroid2011@mail.ru