Таврический государственный агротехнологический университет
Преобразователь активной мощности, потребляемой асинхронным электродвигателем
Овчаров В.В., д. т. н., Овчаров С.В., к. т. н.
Стребков А.А., аспирант
Аннотация
Исследована и разработана математическая модель преобразователя активной мощности, потребляемой асинхронным электродвигателем.
Ключевые слова - активная мощность, полная мощность, векторная диаграмма, круговая диаграмма.
Основное содержание исследования
Постановка проблемы. В условиях агропромышленного комплекса электродвигатели привода насосов (орошения, водоснабжения), вентиляторов (в системах кондиционирования воздуха) и других рабочих машин с параболической механической характеристикой часто работают с неполной загрузкой на валу - с одной стороны и отклонениями напряжения - с другой стороны. Все это приводит к неоптимальной загрузке электродвигателей, то есть к завышенному удельному расходу электрической энергии на единицу вырабатываемой продукции.
Анализ последних достижений. Вопросом оптимизации загрузки указанных электродвигателей уделяется значительное внимание [1, 2, 3].
Однако предложенные способы оптимизации загрузки электродвигателей не обеспечены необходимыми математическими моделями их реализации. Например, предлагается использование "мягких" тиристорных пускателей, которые позволяют, изменяя величину подводимого напряжения в зависимости от нагрузки на валу, оптимизировать потери в электродвигателе. Этот способ не может быть полностью реализован по причине отсутствия преобразователей потерь активной мощности в электродвигателе.
Формулировка целей статьи. Поэтому целью статьи является разработка математической модели преобразователя потерь активной мощности в асинхронном электродвигателе как самом распространенном в электроприводе.
Основная часть. Исследуем переменные потери активной мощности в асинхронном электродвигателе в функции скольжения.
Представим Г-образную схему замещения асинхронного электродвигателя (для одной фазы) в уточненном виде (рис.1)
На приведенной схеме:
- активное сопротивление, эквивалентное активной мощности, которая передается на вал, Ом;
- активное сопротивление, эквивалентное потерям активной мощности в магнитопроводе (от вихревых токов и на перемагничивание), Ом.
Например, для электродвигателя типоразмера 4А100S2У3 потери в магнитопроводе составляют 139 Вт, активное сопротивление, эквивалентное этим потерям, равняется 348,2 Ом.
Запишем комплекс действующего значения силы тока намагничивающего контура:
(1)
Комплекс полной мощности в намагничивающем контуре, приняв :
(2)
Построим комплекс полной мощности намагничивающего контура на комплексной плоскости (рис.2).
Рис. 2. Векторная диаграмма мощностей намагничивающего контура
Запишем комплекс полной мощности намагничивающего контура в следующем виде:
(3)
где
Р0 - активная мощность, потребляемая намагничивающим контуром, Вт.
асинхронный электродвигатель активная мощность преобразователь
Запишем комплекс действующего значения силы электрического тока в другой ветви схемы замещения:
(4)
Введем обозначение:
(5)
Тогда
(6)
Преобразуем (6):
(7)
Где (8) (9) (10)
(11) (12)
(13)
Уравнение (7) представляет собой уравнение круговой диаграммы тока .
Запишем комплекс действующего значения напряжения, приняв :
(14)
Запишем комплекс полной мощности в указанной ветви:
(15) где (16)
Тогда
(17)
В другом виде
(18)
где
(19)
Подставим и в (18) и получим:
(20)
Уравнение (20) представляет собой уравнение круговой диаграммы комплекса полной мощности .
Построим круговую диаграмму комплекса полной мощности (рис.3)
Рис.3. Круговая диаграмма комплекса полной мощности в указанной ветви
Запишем комплекс полной мощности в указанной ветви в следующем виде:
(21)
где - активная мощность, потребляемая указанной ветвью, Вт.
Окончательно можем записать:
(22)
На основании проведенного исследования составляем структурную схему преобразователя активной мощности, потребляемой асинхронным электродвигателем (рис.4).
Выводы
1. В качестве параметра диагностирования активной мощности, потребляемой асинхронным электродвигателем, используется величина скольжения асинхронного электродвигателя.
Литература
1. В.В. Овчаров. Эксплуатационные режимы работы и непрерывная диагностика электрических машин в сельскохозяйственном производстве / Киев: Изд-во УСХ. 1990. - 168 с. - ISBN 5-7987-0044-5.
2. Овчаров, С.В. Исследование потерь активной энергии в асинхронном электродвигателе в эксплуатационных условиях / С.В. Овчаров, А.А. Стребков. // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2015. - T.2, N 8 (74). - С.22-28.
3. Sun, D.S. Research on Voltage-Chopping and Energy-Saving Controlling Technology for Three-Phase AC Asynchronous Motor [Text] / D. S. Sun // Advanced Materials Research. - 2012. - Vol.433-440. - Р.1033-1037.