Исследование безредукторных электроприводов с частотно-управляемыми низкоскоростными асинхронными двигателями

Для получения низких частот вращения рабочих механизмов часто используются электроприводы, в которых двигатель передает движение исполнительному валу через редуктор. Редуктор обладает рядом недостатков, среди которых можно выделить: повышенные требования к качеству изготовления механических узлов и деталей, шум и вибрации при работе, необходимость в периодическом техническом обслуживании и дополнительные потери энергии.

В результате существенных достижений в развитии силовой и информационной электроники, а также прогресса в разработке систем регулируемого электропривода переменного тока, в настоящее время во многих областях промышленности наметилась тенденция перехода к безредукторным приводам, которые работают при низких частотах и не требуют наличия редукторов. В большинстве зарубежных стран в безредукторных приводах применяются синхронные машины с постоянными магнитами в режиме вентильного двигателя.

Важно отметить, что поскольку с каждым годом увеличиваются масштабы применения регулируемых электроприводов, выполненных по системе преобразователь частоты — асинхронный двигатель, большой интерес представляет исследование, разработка и использование безредукторных приводов с асинхронными двигателями, которые имеют преимущественное распространение в промышленности и, в частности, в лифтовых установках. Для безредукторного электропривода был разработан, имеющий повышенное число витков обмотки статора [78], отечественный низкоскоростной асинхронный двигатель, в исследованиях которого автор настоящей диссертации принимал участие. Разработанный низкоскоростной асинхронный двигатель имеет ряд существенных преимуществ перед импортными аналогами.

Низкоскоростной асинхронный двигатель работает при пониженных частотах. Для выполнения расчетов электропривода с этим двигателем необходимо разработать обоснованное математическое описание статических и динамических режимов его работы с учетом влияния на них различных факторов.

Вследствие того, что для ряда отраслей промышленности имеется большая потребность в использовании электроприводов, не содержащих редукторы, безредукторные электроприводы, выполненные по системе преобразователь частоты — низкоскоростной асинхронный двигатель, должны получить широкое применение, их исследование и разработка представляет значительный научный и практический интерес.

В соответствии со сказанным целью настоящей диссертационной работы является исследование и разработка способов, алгоритмов и программного обеспечения для математического описания частотно-управляемого электропривода с низкоскоростным асинхронным двигателем при учете и без учета насыщения его магнитной цепи, а также разработка методик по выбору рациональных параметров электропривода.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Установлено, что полученные в процессе экспериментальных исследований для асинхронных двигателей мощностью 1-^-55 кВт кривые намагничивания в относительных единицах близки друг к другу. По результатам экспериментальных исследований также установлено, что полученная в работе обобщенная кривая намагничивания позволяет выполнять расчеты статических и динамических характеристик асинхронного электропривода в широком диапазоне изменения мощностей (до 5СН-60 кВт) и частот (до 100 Гц).

2. Разработанное в диссертации математическое описание асинхронного электропривода (система дифференциальных уравнений и выражения для статических характеристик) позволяет с использованием стандартных программ для персонального компьютера (например, в математическом пакете МаШСас!) производить расчеты переходных процессов и установившихся режимов электропривода с учетом насыщения магнитной цепи как для типового, так и для низкоскоростного асинхронных двигателей.

3. Предложенные способы рационального выбора числа витков обмотки статора обеспечивают существенное снижение тока статора низкоскоростного асинхронного двигателя, что позволяет использовать для безредукторных электроприводов преобразователи частоты минимально возможной мощности.

4. Выявлено, что предложенные методики дают возможность определить число витков обмотки статора, при котором номинальный момент низкоскоростного асинхронного двигателя превышает номинальный момент базового двигателя.

5. Предложена формула для определения диаметра шкива, при котором в безредукторном электроприводе дверей кабины лифта с асинхронным двигателем небольшой мощности отсутствует тормозной резистор. Также установлено, что в безредукторных асинхронных электроприводах мощность тормозных резисторов значительно меньше, чем в редукторных.