Частотный электропривод на базе двухфазного асинхронного электродвигателя

Объект исследования: Система электропривода малой мощности с двухфазным асинхронным двигателем, применяющаяся в станкостроительной промышленности и бытовых механизмах Цель работы: Создание энергоэффективной системы управления маломощным электроприводом на базе двухфазного асинхронного двигателя с низкой частотой коммутации ключей инвертора и малыми гармоническими искажениями, вносимыми преобразователем в электрическую сеть. Методы исследования и использованная аппаратура: Для решения поставленных задач применялись теории электрических цепей, автоматического управления, методы спектрального анализа. Для исследований было использовано компьютерное моделирование в специализированных программных оболочках MATLAB/Simulink и EMBED SolidThinking. Оценка адекватности компьютерных моделей выполнялась постановкой экспериментальных опытов с использованием микроконтроллера Texas Instruments TMDX28069USB Piccolo control STICK, осциллографов Hantek DSO8060, системы измерения электрических характеристик Satec PM175-HACS. Полученные результаты и новизна: 1. Разработана система электропривода с двухфазным асинхронным двигателем и векторным частотно-таковым управлением, обеспечивающим регулирование момента и скорости двигателя, отличающаяся непосредственным управлением мгновенными значениями тока статора двигателя и отсутствием блоков координатных преобразований переменных двигателя из трехфазной системы координат в неподвижную ортогональную систему координат и наоборот. 2. Разработан алгоритм управления преобразователем частоты с трехстоечным инвертором напряжения, питающим двухфазный асинхронный двигатель, на основе релейных регуляторов тока, отличающийся сохранением синусоидальной формы токов статора на низких скоростях и снижением числа коммутаций силовых транзисторов за счет поддержания протекания токов двух фаз статора по наиболее оптимальному пути в цепи инвертора и обмотках двигателя в зависимости от текущих мгновенных значений. 3. Разработан электропривод на базе асинхронного двигателя с основной и вспомогательной однофазными обмотками, позволяющий осуществлять регулирование скорости, отличающийся отсутствием фазосмещающего конденсатора и применением преобразователя частоты с нерегулируемым выпрямителем и трехстоечным инвертором, к двум стойкам которого подключаются начала основной и вспомогательной обмоток двигателя, а к третьей – концы обмоток двигателя, соединенные в общую точку. Основные конструктивные и технико-экономические показатели: Длина: 1000 мм; Ширина: 500 мм; Высота: 400 мм; Масса: 16 кг; Питающее напряжение: 220 – 240 В; Частота питающего напряжения: 50 Гц Номинальный ток двигателя 1,8 А; Максимальный ток двигателя 5,4 А. Степень внедрения и эффективность: Внедрена экспериментальная установка частотно-регулируемого электропривода на базе двухфазного асинхронного двигателя. Практические результаты от применения разработанных решений: - разработана система векторного управления двухфазным асинхронным двигателем с релейными регуляторами тока, в которой доля высокогармонических составляющих в спектре токов статора на 6,3% ниже, чем в системе с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией; - разработан преобразователь частоты с энергоэффективной системой управления, обеспечивающий расширенный диапазон регулирования скорости двигателя от 10% до 100% от номинального значения, заменяющий систему конденсаторного управления однофазным двигателем с двумя обмотками, применяемым на вертикально сверлильном станке. Разработанные алгоритм управления трехфазным инвертором напряжения на основе релейных регулятором тока для преобразователя частоты на базе двухфазного асинхронного двигателя и система управления электроприводом натяжного устройства на базе двухфазного асинхронного двигателя внедрены в методологический комплекс, ориентированный на оптимизацию электропривода намоточного станка. Область применения: Станкостроение, в том числе сверлильные и намоточные станки, промышленные роботы, мехатронные системы с электроприводом на базе двухфазного асинхронного двигателя.