Аналіз енергетичних характеристик асинхронного двигуна при живленні прямокутною напругою

Abstract

Асинхронні машини використовуються в основному як двигуни. Завдяки підвищеній надійності й простоті конструкції вони широко застосовуються в промисловості й на судах морського флоту, будучи основними споживачами електричної енергії. Незважаючи на зазначені переваги, їм властивий істотний недолік – погане регулювання швидкості обертання. Із усіх використовуваних способів регулювання швидкості: зміною числа пар полюсів, введенням опору в ланцюг ротора, зміною величини живлячої напруги, зміною частоти мережі найбільш прийнятним в теперішній час, завдяки сучасній силовій електронній базі, слід визнати частотний спосіб регулювання із проміжним перетворенням напруги трифазного ланцюга в постійний струм і наступним формуванням заданої синусоїдальної напруги змінної частоти методом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ). Цей метод хоча й дозволяє одержати змінну напругу заданої частоти із синусоїдальною формою кривої, однак має істотні комутаційні втрати в ключах інвертора, що приводить до необхідності застосування складних рідинних систем охолодження. Суттєво знизити зазначені втрати можна, якщо ключами інвертора формувати напругу заданої частоти прямокутної форми, яку безпосередньо живити двигун. Виникаючі при цьому додаткові втрати й, як наслідок цього, додатковий розігрів від вищих гармонійних (ВГ) стали й обмоток двигуна розраховуються на підставі обмотувальних коефіцієнтів.

Асинхронные машины используются в основном как двигатели. Благодаря повышенной надежности и простоте конструкции они широко применяются в промышленности и на судах морского флота, являясь основными потребителями электрической энергии. Несмотря на указанные преимущества, им присущ существенный недостаток – плохая регулируемость скорости вращения. Из всех используемых способов регулирования скорости: изменением числа пар полюсов, введением сопротивления в цепь ротора, изменением величины питающего напряжения, изменением частоты питающей сети наиболее приемлемым в настоящее время, благодаря современной силовой электронной базе, следует признать частотный способ регулирования с промежуточным преобразованием напряжения трехфазной цепи в постоянный ток и последующим формированием заданного синусоидального напряжения переменной частоты методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Этот метод хотя и позволяет получить переменное напряжение заданной частоты с синусоидальной формой кривой, однако обладает существенными коммутационными потерями в ключах инвертора, что приводит к необходимости применения сложных жидкостных систем охлаждения. Существенно снизить указанные потери можно, если ключами инвертора формировать напряжение заданной частоты прямоугольной формы, которым непосредственно питать двигатель. Возникающие при этом дополнительные потери и, как следствие этого, дополнительный разогрев от высших гармонических (ВГ) стали и обмоток двигателя рассчитываются на основании обмоточных коэффициентов

Asynchronous machines are used mainly as engines. Due to the increased reliability and simplicity of the design, they are widely used in industry and on ships of the navy, being the main consumers of electric energy. Despite these advantages, they have a significant drawback - poor adjustability of speed. Of all the methods used to regulate speed: changing the number of pole pairs, introducing resistance into the rotor chain, changing the voltage, changing the frequency of the power network is the most acceptable at present, thanks to the modern power electronic base, it is necessary to recognize the frequency method of regulation with the intermediate conversion of the voltage of the three-phase chain into a constant current and the subsequent formation of a given sinusoidal voltage variable frequency latitude-pulse modulation (LPM). Although this method allows to obtain variable voltage of a given frequency with a sinusoidal form of curve, it has significant switching losses in the keys of the inverter, which leads to the need to apply complex liquid systems cooling with deionized water. This is especially true for powerful high-voltage asynchronous machines used in steering devices. Significantly reduce these losses, if the keys of the inverter to form the voltage of a given frequency of rectangular shape, which directly power the engine. The resulting additional losses and, as a result, additional heating from the higher harmonic (HV) steel and engine windings are calculated on the basis of winding ratios. At the same time, since the ratio of the winding distribution varies very poorly, in calculations it can be accepted permanent, and by the value of the shortening factor specified for the first harmonica, it is possible to determine the appropriate coefficients of the series of HV, taken into account.