Таблица 2. Результаты определения потерь в стали на основе численного расчета электромагнитного поля
|
Форма напряжения |
рвх, Вт |
ргс, Вт |
рст, Вт |
|
|
Синусоидальное питание |
321,1 |
850,0 |
1171,1 |
|
|
Постоянная ширина импульсов |
333,2 |
879,2 |
1212,4 |
|
|
Синусоидальная ШИМ |
554,3 |
1108,2 |
1662,5 |
Определено расхождение между результатами, полученными аналитическим методом и с помощью численного расчета. По рассчитанным величинам потерь в стали были определены коэффициенты увеличения потерь в стали (Kчис), рассчитана относительная погрешность между Kчис и коэффициентами увеличения потерь, рассчитанными с использованием аналитического метода: Kан - коэффициент увеличения потерь в стали без учета разделения потерь (по методике, приведенной в [3]); Kан.разд - с учетом разделения потерь; ан - погрешность аналитического метода без учета разделения потерь относительно численного метода; ан.разд - относительная погрешность аналитического метода с учетом разделения потерь. Результаты расчетов сведены в табл. 3.
Таблица 3. Коэффициенты увеличения потерь в стали при несинусоидальном питании
|
Форма напряжения |
Kчис |
Kан |
Kан.разд |
ан,% |
ан.разд,% |
|
|
Постоянная ширина |
1,420 |
1,237 |
1,309 |
12,9 |
7,8 |
|
|
Синусоидальная ШИМ |
1,035 |
1,087 |
1,139 |
5,0 |
10,0 |
Численный расчет показал увеличение потерь в стали АД при питании импульсами постоянной ширины на 42 %, по сравнению с увеличением на 3,5 % при питании от ПЧ с синусоидальной ШИМ. Максимальное расхождение коэффициентов увеличения потерь, полученных аналитически с учетом разделения потерь и полученных численным методом, не превышает 10 %. При расчете без учета разделения потерь максимальное расхождение результатов не превышает 12,9 %, при значительно меньшем расчетном времени.
Заключение
Расчетный анализ потерь в стали асинхронных двигателей при питании от преобразователей частоты с несинусоидальным выходным напряжением необходимо проводить с выявлением спектра и амплитуд гармоник напряжения, разложением потерь в стали на вихретоковую и гистерезисную составляющие и определением потерь для каждой гармоники с учетом эффекта размагничивающего действия вихревых токов и перемагничивания стали по частичным циклам.
Разработанная методика определения потерь в стали частотно-регулируемых асинхронных двигателей при питании от полигармонических источников напряжения позволяет повысить точность расчета потерь в стали асинхронных двигателей до 10 %, а также более точно определять электромеханические характеристики электродвигателей и их тепловое состояние.
Список литературы
1. Казаков Ю.Б., Швецов Н.К. Моделирование энергоэффективности тягового асинхронного двигателя при питании от преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией напряжения // Вестник ИГЭУ. - 2013. - Вып. 3. - С. 23-27.
2. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод. - М.: Изд. центр «Академия», 2004. - 256 с.
3. Казаков Ю.Б. Энергоэффективность работы электродвигателей и трансформаторов при режимных и конструктивных вариациях. - М.: Изд. дом МЭИ, 2013. - 152 с.
4. A. Boglietti, A. Cavagnino, D.M. Ionel. A general model to predict the iron losses in inverter fed induction motors // IEEE Transactions Industrial Applications. - 2010. - Vol. 46, No. 5. - Р. 1882-1890.
5. Popescu M., Miller T. A general model for estimating the laminated steel losses under PWM voltage supply // IEEE Transactions Industrial Applications. - 2010. - Vol. 46, No. 4. - Р. 1389-1396.
6. Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А.Е. Электрические машины: Асинхронные машины: учеб. для электромех. спец. вузов / под ред. И.П. Копылова. - М.: Высш. шк., 1988. - 328 с.
7. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. - Л.: Энергия, 1970. - 432 с.