Преобразователи частоты для управления асинхронного двигателя
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Введение
На сегодняшний день широко используются преобразователи частоты для управления асинхронного двигателя. Выбор асинхронного двигателя не случаен. Это наиболее дешевая электрическая машина, но для оптимального управления данной машиной необходимо использовать закон управления постоянства отношения частоты к амплитуде (при линейной нагрузке). Для формирования данного закона управления сегодня можно использовать большое количество средств управления таких, как микроконтроллер, DSP-контроллер, персональный компьютер. Следовательно, существует задача максимально удешевить систему управления при приемлемом уровне потери качества выходного сигнала.
Для удешевления стоимости проектирования в проекте предлагается поэтапное проектирование, которое включает в себя: расчет основных электрических параметров преобразования энергии, расчет элементов схемы, в частности фильтров, создание системы управления для модели, моделирование силовой части схемы с рассчитанными номиналами, сопоставление результатов моделирования и теоретических расчетов, отладка системы управления на микроконтроллере без силовой части схемы, сборка и отладка силовой части схемы, согласно моделированию, проведение эксперимента.
В данном проекте необходимо разработать устройство, которое бы позволяло с заданной точностью формировать на выходе синусоидальное напряжение 22/38-220/380 В и частотой 5-50 Гц.
Наличие в разработке этапа моделирования существенно сокращает себестоимость разработки. Так как прежде чем собрать готовое устройство, с помощью сегодняшних средств моделирования можно проверить работоспособность сначала отдельных узлов, как например в системе моделирования PSpice, можно смоделировать работу плеча инвертора, и оценить токи, напряжения, сквозные токи, так и работоспособность и входные-выходные параметры всей схемы в целом. Следовательно, вероятность того, что какой то элемент выйдет из строя существенно снижается.
В проекте, новизной может считаться только программное обеспечение, т.к. 3х фазные мостовые схемы выпрямителя и инвертора давно известны и позволяют пользоваться готовыми формулами для расчетов электрических параметров. Важно отметить, что реализация частотного управления ШИМ на микроконтроллере мс68hc908mr32, при частоте опорного сигнала больше 30кГц, является серьезной задачей, т.к. микроконтроллер будет использоваться на пределе своих возможностей.
Основные элементы исследования данного проекта: трех фазный инвертор напряжения, микроконтроллер mc68hc908mr32.
1. Обзор различных вариантов запуска двигателя
Основная проблема запуска асинхронного двигателя заключается в том, что запуск сопровождается огромными пусковыми токами . Причина в следующем. Асинхронный двигатель аналогичен по принципу преобразования Эл.энергии трансформатору. Следовательно, частота питающей сети и частота ЭДС ротора в начальный момент времени одинаковы. ЭДС ротора можно определить по формуле:
2 = 4,44 w2 k2 f Ф (1.1)
Где, k - конструктивный коэффициент
f - частота напряжения
Ф - магнитный поток
Как видно из формулы 1.1 напряжение на роторе пропорционально частоте. Так как двигатель асинхронный, это означает, что скорость вращения поля не совпадает со скоростью вращения ротора. Для оценки данного расхождения в скоростях введено понятие - скольжение. На основе скольжения в дальнейшем будут приводиться оценки величины напряжений и частоты. Формула для скольжения:
= (n0 - n) / n0 (1.2)
Где, S - скольжение- скорость вращения поля статора
n - скорость вращения ротора
Выведем связь между скольжением и частотой напряжения ротора. Для этого необходимо ввести промежуточную величину, характеризующую частоту вращения магнитного поля относительно частоты вращающегося ротора.
n' = n0 - n (1.3)
Тогда частота ЭДС вращающегося ротора:
. (1.4)
Где, p - полюсность
f - частота питающей сети
Как видно, ЭДС ротора прямопропорциональна скольжению.
2 = 4,44 w2 k2 S f Ф (1.5)
Как можно понять, скольжение изменяется в пределах от нуля до единицы. Номинальный режим работы асинхронного двигателя составляетn = (2 5)%. В данном диапазоне практически исчезают пульсации момента. Следовательно, для равномерного распределения момента при разгоне скольжение должно составлять не более S = 0.1. Это достигается тем, что частота питающей сети нарастает равномерно. Нарастание задается либо человеком (постоянная тау нарастания, для данного проекта), либо с помощью обратных связей.
Рассмотрим прямой пуск. В двигателе с короткозамкнутым ротором активно-индуктивное сопротивление цепи ротора незначительное. В начальный момент времени, из-за максимальной частоты в цепи ротора двигателя, величина ЭДС ротора будет максимальной, а значит и ток цепи ротора будет максимальный. Из равенства мощностей обмоток трансформатора можно предположить, что раз ток ротора максимальный, то и ток статора так же будет максимальным.
Для борьбы с этим явлением, в двигателях с короткозамкнутым ротором в цепь статора вводят реостаты для понижения пит. сети. В случае с двигателем с фазным ротором, в цепь ротора вводят реостаты для уменьшения тока ротора.
Рис. 1.1. Прямой пуск асинхронного двигателя.
Как видно из рисунка, в нашем случае, без приведенных способов уменьшения входного тока, пусковой ток превышает номинальный больше чем в 10 ть раз.
При и?/p>