Microsoft Word Кожеуров222. doc

3.2.3. Системы ПЧ—АД 
Рассмотренные в подразд. 3.1.3 характеристики частотно-регулируемого 
электропривода относились собственно к асинхронному двигателю. Для полноты оценки 
свойств системы ПЧ—АД как потребителя электрической энергии в установившемся 

---

97
режиме работы частотно-регулируемого электропривода рассмотрим потребляемую из 
сети реактивную мощность. Для расчета реактивной мощности на входе ПЧ 
воспользуемся формулами сетевых характеристик (2.60), полученных в предположении 
отсутствия высших гармоник в кривых токов и напряжений преобразователя, 
электрических потерь в вентилях выпрямителя и полупроводниковых ключах автономного 
инвертора напряжения, а также потерь в стали реакторов. При этих допущениях 
реактивная мощность на входе ПЧ определяется по формуле 
Формула (3.73) показывает, что реактивная мощность 
Q 
зависит от величины 
выходного тока выпрямителя 
и индуктивного сопротивления 
коммутирующего реактора. Ток 
в процессе регулирования скорости и изменения 
момента нагрузки является переменной величиной. Это означает, что на потребление 
Q 
влияет режим работы двигателя, точнее ток статора 
и активная мощность 
, 
потребляемые от преобразователя частоты. Ток статора , мощность 
и ток связаны 
уравнением баланса мощностей (см. 2.61) преобразователя частоты, которое для опреде-
ления тока инвертора преобразуется к биквадратному уравнению 
где коэффициенты 
А, В, С 
определяются из выражений: 
На основании формулы (3.73) с учетом уравнения баланса мощностей в 
преобразователе можно сделать следующие выводы. Реактивная мощность на входе 
Q 
и 
реактивная мощность на выходе 
. 
Преобразователя частоты не равны друг другу. Так 
как мощность 
Q 
определяется при заданных параметрах реакторного оборудования 
преобразователя током статора и активной мощностью двигателя то можно 
предположить, что при регулировании скорости вниз от основной скорости вращения АД 
реактивная мощность на входе преобразователя будет уменьшаться, а при постоянстве 
скорости двигателя с увеличением момента нагрузки на валу мощность 
Q 
будет 
возрастать. При этом входная реактивная мощность ПЧ отличается от его выходной 
мощности при любых знаках 
. 
Мощность 
Q 
всегда является положительной, т.е. она 
потребляется от источника питания выпрямителем. 
Ввиду незначительной величины реактивного сопротивления коммутирующего 
реактора потребление мощности 
Q 
при рабочих нагрузках достаточно мало. С 
уменьшением величины индуктивного сопротивления коммутирующего реактора 
потребление из сети реактивной мощности уменьшается. При 
мощность 
. 
Практический интерес представляет оценка влияния закона того управления на 
потребление реактивной мощности 
Q. 
На выбранном режиме частотного управления 
двигателем процесс расчета сводится к следующей последовательности действий. 
Сначала рассчитывается ток статора и активная мощность двигателя соответствующие 
заданным значениям скорости и момента нагрузки двигателя. Для этого используется 

---

98
методика расчета характеристик АД. Затем полученные значения тока и мощности
подставляются в выражения для коэффициентов 
В 
и 
С
биквадратное уравнение (3.74), и 
из него определяется ток . Теперь, зная входной ток инвертора, можно по формуле 
(3.73) рассчитать потребляемую преобразователем мощность 
Q. 
Для других значений 
скорости и момента процедура расчета повторяется. Для достоверности решения, оценки 
свойств и возможностей частотно регулируемого асинхронного электропривода следует 
учитывать насыщение АД по главному магнитному пути. На рис. 3.36 и 3.37 приведены 
зависимости реактивной мощности 
Q 
от электромагнитного момента при различных 
фиксированных значениях угловой частоты напряжения статора. Расчеты выполнены для 
двигателя типа 4А132М6 в режимах пропорционального управления 
и 
при постоянстве полного потокосцепления ротора 
. При построении 
зависимостей использованы безразмерные величины: реактивная мощность отнесена к 
номинальной электромагнитной мощности 
, момент — к номинальному 
значению момента 
и угловая частота — к номинальному значению угловой 
частоты напряжения 
двигателя. 
Как видно на рис. 3.36 и 3.37, при фиксированной частоте 
с увеличением 
момента потребление реактивной мощности увеличивается. После перехода критической 
точки механической характеристики, несмотря на резкое падение скорости двигателя, 
потребляемая из сети реактивная мощность в режиме управления 
также 
возрастает. При фиксированном значении момента с уменьшением частоты 
потребление реактивной мощности уменьшается. Таким образом, максимум реактивной 
мощности на входе преобразователя в частотно-регулируемом асинхронном 

---

99
электроприводе при работе его на статически устойчивом участке механической 
характеристики приходится на точку с максимальными значениями скорости и момента. 
Сравнивая потребление реактивной мощности 
Q 
при разных законах управления, 
отметим, что в области рабочих нагрузок, т.е. при 
, частотно-регулируемый 
асинхронный электропривод характеризуется достаточно малым потреблением 
реактивной мощности от источника питания. Для электропривода с двигателем типа 
4А132М6 в указанной области нагрузок она не превышает 2 % номинальной 
электромагнитной 
мощности. 
Сравнительная 
оценка 
режимов 
управления 
показывает, что графики функции 
при 
фиксированных частотах 
практически сливаются. Если 
, то пред-
почтительнее оказываются режимы управления, обеспечивающие постоянство 
потокосцепления статора, главного потокосцепления или потокосцепления ротора. Эти 
режимы управления являются также более эффективными при перегрузках двигателя. 
Другим важным сетевым энергетическим показателем частотно-регулируемого 
асинхронного 
электропривода 
является 
коэффициент 
мощности 
на 
входе 
преобразователя. В рамках принятых допущений коэффициент мощности по основным 
гармоническим составляющим сетевого тока и напряжения 
Активная и полная мощности электропривода определяются по формулам: 
Из формул (3.75)...(3.77) следует, что при 
полная и активная мощности 
равны. В этом случае потребление от сети реактивной мощности отсутствует и 
коэффициент мощности 
. Однако на практике из-за наличия конечного 
индуктивного сопротивления 
коэффициент мощности 
. Коэффициент 
мощности 
зависит от момента 
М 
и скорости 
а также режима управления 
двигателем. На значение коэффициента мощности оказывает влияние напряжение 
источника питания преобразователя. Подставив формулы (3.76) и (3.77) в формулу (3.75), 
получим более удобное для расчетов выражение: 
Из формулы (3.78) следует, что при заданном значении напряжения 
источника 
питания и индуктивном сопротивлении 
, коэффициент мощности 
только 
при отсутствии потребления тока а при 
с увеличением напряжения 
ток
уменьшается и, следовательно, коэффициент мощности 
увеличивается. Как видно из 
графиков на рис. 3.36 и 3.37, сетевой коэффициент мощности в области рабочих нагрузок 
близок к единице. При перегрузках, а также при малых значениях угловой частоты 
напряжения статора предпочтительнее использовать режимы управления при 
постоянстве потокосцепления статора, главного потокосцепления или потокосцепления 
ротора. 
Отметим, что частотно-регулируемый асинхронный электропривод как объект 
управления обладает экстремальными характеристиками по сетевым показателям. Это 

---

100
вытекает из анализа формул сетевых характеристик электропривода. Действительно, при 
наличии экстремума тока 
все они примут экстремальные значения. На рис. 3.38 
приведены зависимости токов 
от скольжения при фиксированных значениях 
скорости 
и момента 
. Функция 
имеет минимум (см. рис. 3.38, 
а). Анализ экстремального по току закона управления показывает, что оптимальное 
скольжение зависит как от момента, так и от скорости двигателя и в общем случае не 
совпадает при прочих равных условиях со значениями в точках минимума функций 
мощности потерь и тока статора. Однако режим минимального тока достаточно близок 
как к режиму минимального тока статора, так и к режиму управления по минимуму 
полных потерь двигателя. Для сравнения на рис. 3.38, 
б 
приведены зависимости тока 
статора от параметра абсолютного скольжения при различных фиксированных значениях 
момента. Заметим, что закон оптимального управления по минимуму тока статора не 
зависит от скорости двигателя и имеет более ярко выраженный экстремум. Как видно на 
рис. 3.38, в режиме минимума тока статора практически обеспечивается минимум тока . 

---

101
При минимуме тока 
сетевой ток активная 
реактивная 
и полная 
мощности, потребляемые преобразователем от источника питания, будут иметь 
минимальные значения, а коэффициент мощности 
будет максимальным. На рис. 3.39 
приведены зависимости реактивной 
и активной 
мощностей от 
скольжения при фиксированных значениях скорости и момента. Как видно на рис. 3.39, 
функции 
и 
имеют явно выраженный минимум при скольжении, 
соответствующем минимуму тока на входе инвертора.