Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

НЕТРАДИЦИОННЫЙ СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ МНОГОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Бражников А.В., Гилев А.В., Белозеров И.Р.

При увеличении числа фаз асинхронного инверторного электропривода (ЭП) более четырех появляется возможность для применения способа регулирования скорости асинхронного двигателя (АД), принципиально отличающегося от тех, которые применяются при числах фаз, равных 1, 3 и 4 (существующие двухфазные асинхронные двигатели по сути дела представляют собой 4-фазные машины).

При использовании упомянутого способа изменение скорости вращения ротора m-фазного АД (где больше или равно шести) осуществляется за счет увеличения в целое число раз величины фазового смещения (an) между напряжениями (токами) соседних фаз статорной обмотки АД. Изменение фазового смещения aможет осуществляться либо за счет соответствующего изменения схемы соединения выходных контактов источника многофазного напряжения (тока) с контактами многофазной обмотки статора АД с помощью механического, электромеханического или полупроводникового коммутатора, либо за счет соответствующего изменения алгоритма переключения вентильных элементов многофазного преобразователя частоты, от которого производится питание статорной обмотки АД (в последнем случае – без привлечения каких-либо дополнительных аппаратных средств). При этом принципы построения многофазной обмотки статора АД те же самые, что и принципы построения 3-фазной обмотки, рассчитанной на получение одного значения числа пар полюсов. Конструктивно m-фазная p-полюсная обмотка АД (где m>3) не более сложна, чем аналогичная трехфазная (pm/3)-полюсная обмотка.

Предлагаемый в этой работе и описанный ниже способ регулирования скорости многофазного АД будет в дальнейшем именоваться «фазнополюсным управлением (ФПУ)».

Если при традиционном управлении и симметричной m-фазной системе выходных напряжений (токов) источника питания (ИП) фазовые смещения между напряжениями (токами) соседних фаз определяются как an=2p/m, то при ФПУ

a=2pHm                 (1)

где – число фаз АД, ИП и системы ЭП в целом; H– параметр ФПУ (целое число).

В общем случае HpÎ[1;¥[. При этом значение Hp=1 соответствует традиционному управлению, а Hp>1 – ФПУ (при условиях, указанных ниже).

Как и в случае традиционного (классического) управления, при ФПУ система выходных напряжений (токов) ИП симметрична.

Причиной того, что при переходе от традиционного управления к ФПУ происходит изменение параметров статической механической характеристики АД, является следующее. При деформации фазовых смещений между напряжениями (токами) соседних фаз ИП в соответствии с (1) происходит изменение фильтрующих свойств системы “ИПАД”. В частности, в этом случае выражение для порядков гармоник фазных напряжений (токов) статора АД (т.е. временных гармоник), энергия которых передается в цепь ротора, будет иметь вид

Hp± *bm,           (2)

где *n/p; n -порядок пространственной гармоники (т.е. гармоники функции, описывающей пространственное распределение взаимной индуктивности между фазными обмотками статора и ротора АД), участвующей в процессе передачи энергии; -число пар полюсов АД; b= 0, ±(1,2,3,¼).

Анализ формулы (2) показывает, что варьирование значения параметра Hприведет к изменению спектрального состава либо той составляющей фазного напряжения (тока) ИП, энергия которой передается в роторную цепь АД (при данном значении n), либо той компоненты взаимной индуктивности, которая участвует в этом процессе передачи энергии (при данном значении c).

При заданных значениях Hи возможны различные сочетания и n, удовлетворяющие равенству (2). Очевидно, что любое варьирование значений и nприведет к изменению характера протекания электромагнитных процессов в системе “ИП-АД”. Но определяющее влияние на характер этих процессов оказывают временные и пространственные гармоники, имеющие наименьшие (из множества удовлетворяющих равенству (2)) порядки. Это обусловлено тем, что реальные спектры фазных напряжений (токов) ИП и распределения взаимных индуктивностей в воздушном зазоре АД являются убывающими по амплитуде с ростом порядка соответствующих гармоник; при этом максимальными амплитудами обладают первые (основные) гармоники указанных величин.

В общем случае модуль синхронной частоты вращения ротора АД определяется следующим образом:

½wc½= cmwnm,         (3)

где w-угловая частота основной гармоники выходного напряжения ИП; c-наименьшее из множества значений c, удовлетворяющих равенству (2); n-наименьшее из множества значений n, удовлетворяющих равенству (2) при c=c(в реальной ситуации cm=1).

Для перехода от классического управления к ФПУ наряду с (1) необходимо обеспечить выполнение следующих двух условий. Первое из них:

H=ms,                     (4)

где m– целое число; m³ 3. То есть Hвыбирается таким образом, чтобы оказалось кратным этому значению с коэффициентом кратности, равным ms. Отсюда следует, во-первых, что ФПУ может быть применено только при определенных значениях числа фаз, а во-вторых, что с ростом числа фаз ЭП увеличивается количество Kзначений параметра Hp, при которых удовлетворяется равенство (4). Очевидно, что необходимым условием для выполнения равенства (4) является невхождение в множество простых чисел.

Кроме того, из (4) следует, что для ФПУ характерно

Hpms=const                  (5)

для всех значений Hp, реализуемых при данном значении m.

Второе условие: в спектрах функций взаимных индуктивностей (т.е. функций, описывающих пространственное распределение взаимных индуктивностей между фазными обмотками статора и ротора АД) должны присутствовать гармоники порядков

n=bHHp,                       (6)

где b=1,2,3,... Это условие при четных значениях и Hсводится к требованию о том, что статорная обмотка АД должна быть выполнена с укороченным шагом. Из (5) также следует, что при нечетных (и соответственно нечетных Hp) второе из перечисленных выше условий на практике всегда выполняется, так как в реальных АД с полношаговой обмоткой статора спектры функций взаимных индуктивностей двигателя всегда содержат гармоники нечетных порядков.

При изменении aв соответствии с (1) и соблюдении условий (4) и (6) наблюдается эффект, адекватный одновременному изменению числа фаз ЭП и числа пар полюсов АД. При этом численное значение параметра Hпоказывает, во сколько раз увеличилось эквивалентное (эффективное, кажущееся) число пар полюсов АД и во сколько раз уменьшилось эквивалентное (кажущееся) число фаз ЭП по сравнению со случаем традиционного управления (когда Hp=1). Еслиp=1, то H– это эквивалентное (эффективное) число пар полюсов АД при данном варианте ПФУ. Физический смысл параметра m– эквивалентное (кажущееся) значение числа фаз системы “ИПАД” при данном значении параметра H(т.е. при данном варианте ФПУ).

При постоянной частоте выходного напряжения ИП синхронная частота вращения ротора АД зависит от значения параметра Hследующим образом:

wc.H=wc.o / Hp;                (7)

где wc.o – синхронная частота вращения ротора АД при традиционном управлении (Hp=1); wc.H – синхронная частота вращения ротора АД при ФПУ (Hp>1).


Библиографическая ссылка

Бражников А.В., Гилев А.В., Белозеров И.Р. НЕТРАДИЦИОННЫЙ СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ МНОГОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ // Фундаментальные исследования. – 2009. – № 5. – С. 10-12;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=1639 (дата обращения: 12.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074