Исследование работы двигателя 4А100S4 при различных преобразователях напряжения и частоты с помощью DIMASDrive

Исследование работы двигателя 4А100S4 при различных преобразователях напряжения и частоты с помощью DIMASDrive

Тема: «Исследование работы двигателя 4А100S4 при различных преобразователях напряжения и частоты с помощью DIMASDrive»

Ход работы

Подготовка основных исходных данных для проведения расчета;

Таблица 1. Номинальные и обмоточные данные.

Таблица 2. Общие геометрические данные.

Для данного двигателя не выполняем расчет вентиляционных каналов ввиду их отсутствия в конструкции статора и ротора.

Таблица 3. Коэффициенты.

Полный расчет магнитных потерь не выполняем

Таблица 4. Геометрия паза статора

Таблица 5. Геометрия паза ротора.

Подготовка дополнительных исходных данных для проведения расчета.

Таблица 6. Общие исходные данные.

Выполняем полный тепловой расчет.

Таблица 7. Полный тепловой расчет.

Для данного двигателя независимый вентилятор в конструкции отсутствует.

Выполнение механического, акустического и вибрационного расчетов с помощью DIMASDrive

Таблица 8. Механический расчет.

Таблица 9. Вибрационный расчет.

Таблица 10. Акустический расчет.

Таблица 11. Данные, полученные с помощью ПО DIMASDrive.

Анализ полученных результатов, выводы.

Рисунок 1. Зависимости cos  = f(n) для различных методах регулирования.

Исследуемые методы (рис.1) дают кривые, подобные синусоиде, однако для метода регулирования ТПН-ФР ограничен диапазон частот вращения с 500 до 1400 об/мин, тогда как для методов АИН-ШИМ и АИТ-АР этот диапазон лежит в пределах от 100 до 1600 об/мин.

Однако, метод ТПН-ФР позволяет достичь в диапазоне 500ч1100 об/мин значения , тогда как методы АИТ-АР и АИН-ШИМ достигают данного значения в диапазоне частот вращения 1100ч1600 об/мин.

Для метода ТПН-ФР как видно из графика характерна некоторая неустойчивость, резкое изменение характера кривой в диапазоне 1400ч1500 об/мин, тогда как методы АИТ-АР и АИН-ШИМ имеют устойчивую и плавную кривую для всего диапазона частот.

Рисунок 2. Зависимость I1 = f(n) для различных методов регулирования.

Рис. 2 дает четкое представление о том, при каком из методов регулирования потери в приводе будут больше. Однозначно можно сказать, что метод ТПН-ФР не будет отличаться экономичностью, особенно в пределах частот 800ч1400 об/мин.

Также и регулирование изменением тока сети для данного метода будет возможно в более узком диапазоне, нежели для методов АИТ-АР и АИН-ШИМ, токовые характеристики которых достаточно однотипны и близки, имеют плавный характер и достаточно широкий диапазон регулирования.

Рисунок 3. Зависимость Qc = f(n) для различных методов регулирования.

Данные зависимости напрямую связаны с токовыми характеристиками рассматриваемых методов регулирования на рис. 2. Поскольку именно ток определяет потери электрической системы, то и тепловые потери, вызванные нагреванием частей АД определяются токовой составляющей, а, значит, и температура системы в целом. Прекрасной демонстрацией того, насколько и в пределах каких частот экономичен каждый из методов регулирования предоставляет рис.3. Метод ТПН-ФР явно проигрывает в данном аспекте методам АИТ-АР и АИН-ШИМ, разность максимальных температур составляет порядка 60єС, а пиковая разность при частоте вращения 1200 об/мин составляет 140-150єС.

Кроме этого, изменение температуры для метода ТПН-ФР носит жесткий скачкообразный характер, тогда как для методов АИТ-АР и АИН-ШИМ характер изменения плавно возрастающий.

Можно сделать вывод о том, что для метода ТПН-ФР АД должен иметь класс нагревостойкости F или Н, а для методов АИТ-АР и АИН-ШИМ можно использовать АД с классом нагревостойкости B.

Рисунок 4. Зависимости  = f(n) для различных методов регулирования.

Методы ТПН-ФР, АИТ-АР и АИН-ШИМ имеют приблизительно одинаковый диапазон КПД от 0,6 до 0,9, но ТПН-ФР в более узком диапазоне частот. В диапазоне частот 1000ч1200 об/мин метод ТПН-ФР имеет минимальный значения КПД, это объясняется большим значением тока (рис. 2) и температуры (рис. 3) т.е. большим уровнем потерь в данном диапазоне частот.

Рисунок 5. Зависимость P1 = f(n) для различных методов регулирования.

Мощность электропривода плавно возрастает с увеличением частоты при всех методах регулирования, но для метода ТПН-ФР эта зависимость носит почти прямолинейный характер, а методов АИТ-АР и АИН-ШИМ - ближе к квадратичному. Диапазон мощности для методов АИТ-АР и АИН-ШИМ почти в два раза шире, нежели для метода ТПН-ФР.

Рисунок 6. Механические характеристики метода регулирования ТПН-ФР n=f(Мэм ) .

Рисунок 7. Механические характеристики метода регулирования АИТ-АР n=f(Мэм ).

Рисунок 8. Механические характеристики метода регулирования АИН-ШИМ n=f(Мэм )

Общие выводы

Сравнивая механические характеристики 3-х рассматриваемых методов регулирования (рис.6-8), при вентиляторной нагрузке в 20% от номинала, что составило 4 Н·м для двигателя 4А100S4, можно сделать вывод о том, что у методов АИН-ШИМ, АИТ-АР при частотах вращения 100ч300 об/мин наблюдаются скачки момента, связанные с переходными процессами (рис. 1) в данном диапазоне частот в начале запуска. Такие же скачки наблюдаются и для метода ТПН-ФР, но для него они важной роли не играют, поскольку данный метод не действенен для этого диапазона частот.

В диапазонах частот 300ч1800 об/мин все три метода отличаются стабильными показателями, но графики методов АИН-ШИМ, АИТ-АР особенно близки к идеальным механическим характеристикам асинхронных двигателей.

В отличие от обычного запуска асинхронного двигателя при синусоидальном напряжении питания при любом из методов не наблюдается максимального броска моментов или ударного момента, а значит проходит значительно меньше времени на выход двигателя на установившиеся значения.

Таблица 12. исходные данные и результаты расчета с помощью DIMASDrive

Литература:

двигатель режим механический нагрузка

Петрушин В.С.Асинхронные двигатели в регулируемом электроприводе: Учебное пособие /

В.С. Петрушин. - О.: Наука и техника, 2006. - 320 с.

Методичні вказівки до розрахунково-графічної роботи з дисципліни "Електричні машини в регульованому приводі" для студентів напрямку "Електромехханіка" / Укл. В.С. Петрушин, А.М. Якімець - Одеса: ОНПУ, 2007. - 32 с.

Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ Под общей редакцией
И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т.1. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.: ил.

Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с., ил.

1.