РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ МОЩНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ СИСТЕМ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ

CALCULATION OF PARAMETERS OF THE EQUIPMENT CIRCUIT OF A POWERFUL ASYNCHRONOUS MOTOR FOR VECTOR CONTROL SYSTEMS

Saitova Renata Mikhailovna

Master's Degree Student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Siberian State Industrial University", Russia, Novokuznetsk

Современные тенденции в электроэнергетике направлены на оптимизацию процессов преобразования и передачи электрической энергии от генерации до конечного потребителя. Одной из ключевых задач в этой области является минимизация потерь энергии и повышение общей эффективности энергосистем. Как отмечают исследователи, достичь этих целей позволяет внедрение инновационных схем преобразователей частоты (ПЧ) в сочетании с интеллектуальными алгоритмами управления.

Актуальность применения преобразователей частоты

Частотно-регулируемые электроприводы переменного тока занимают особое место в современной преобразовательной технике. Их широкое распространение обусловлено рядом преимуществ:

- Оптимизация производственных процессов – возможность точной регулировки скорости и момента двигателя позволяет адаптировать оборудование к изменяющимся нагрузкам.

- Повышение производительности – снижение механических потерь и увеличение КПД систем.

- Экономия энергоресурсов – по данным исследований, использование ПЧ позволяет сократить энергопотребление на 20–40% в сравнении с традиционными методами управления.

Будущее преобразовательной техники связано с внедрением:

- Матричных преобразователей – обладают высокой эффективностью и компактностью.

- Цифровых алгоритмов управления на базе искусственного интеллекта и адаптивных систем.

- Гибридных схем, сочетающих преимущества различных типов ПЧ.

Выбор двигателя

Для реализации системы управления в качестве объекта управления был выбран асинхронный двигатель MTGF630-12. Данный выбор продиктован стремлением исследовать задачи управления на примере мощной и инерционной машины, характеристики которой представляют значительный интерес с точки зрения современной электроприводной техники. Высокие номинальные параметры двигателя требуют от системы управления обеспечения высокой перегрузочной способности и точного управления магнитным потоком и моментом, что является нетривиальной задачей.

Ключевым фактором выбора именно 12-полюсной конструкции является повышенная сложность управления на низких частотах вращения. Из-за большого числа полюсов такие двигатели имеют более выраженные нелинейные эффекты, такие как насыщение магнитной системы и эффект вытеснения тока в роторе. Это делает их идеальным объектом для апробации алгоритмов векторного управления. Таким образом, успешная реализация системы управления для MTGF630-12 будет служить убедительным доказательством эффективности разработанных методов. Технические данные электродвигателя сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Технические данные электродвигателя MTGF630-12

Косвенное определение параметров схемы замещения АД

При создании математической модели асинхронного двигателя требуется установить параметры его эквивалентной схемы. Помимо экспериментальных методов, эти величины могут быть рассчитаны аналитически на основе паспортных характеристик двигателя. Т-образная схема замещения асинхронного двигателя для одной фазы представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.1. Схема замещения асинхронного двигателя

Ключевые математические зависимости, описывающие работу асинхронного двигателя в соответствии с выбранной эквивалентной схемой:

На рисунке представлена векторная диаграмма, отображающая распределение токов, ЭДС и напряжений в соответствии с приведенными уравнениями.

Рисунок 2.2. Векторная диаграмма асинхронной машины

Определим параметры Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя по его каталожным данным.

Синхронная скорость вращения двигателя:

Рабочая частота вращения (номинал):

Рабочая угловая скорость (номинал):

Номинальный момент двигателя:

Номинальный фазный и линейный ток статора:

Ток холостого хода асинхронного двигателя:

 – ток статора при частичной загрузке;

 – КПД при частичной загрузке;

 – коэффициент мощности при частичной загрузке;

 – коэффициент загрузки двигателя;

Из формулы Клосса определим соотношение для расчета критического скольжения:

В первом приближении принимаем β=1 .

Вычисляем промежуточные коэффициенты:

Приведенное активное сопротивление ротора (к статору):

Активное сопротивление статорной обмотки:

Вычислим коэффициент γ для определения индуктивного сопротивления при КЗ:

Тогда сопротивление короткого замыкания:

Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния роторной обмотки (к статорной):

Индуктивное сопротивление рассеяния статорной обмотки:

ЭДС намагничивания, индуцированная зазорным потоком в статоре при номинальной нагрузке:

Тогда индуктивное сопротивление намагничивания определится как:

По найденным значениям ,и  определим критическое скольжение:

Индуктивная составляющая потока рассеяния статорной обмотки:

Индуктивная составляющая потока рассеяния роторной обмотки, приведенная к статорной:

Индуктивная составляющая ветви намагничивания:

Приведенная индуктивность статорной обмотки:

Приведенная индуктивность обмотки ротора:

Коэффициент рассеяния:

Таблица 2.

Параметры схемы замещения электродвигателя

Вывод

В данной статье был выполнен комплексный обзор современных систем управления асинхронным электроприводом. Рассмотрены основные преимущества применения частотно-регулируемых приводов, включая оптимизацию производственных процессов, повышение производительности оборудования и существенную экономию энергоресурсов (до 20–40% по сравнению с традиционными методами управления).

На примере мощного 12-полюсного асинхронного двигателя MTGF630-12 (номинальная мощность 2500 кВт, напряжение 6000 В) были определены и проанализированы его технические характеристики. Проведён расчёт параметров Т-образной схемы замещения двигателя на основе паспортных данных с использованием аналитических методов. Получены значения активных и индуктивных сопротивлений обмоток статора и ротора, индуктивности намагничивания, а также критического скольжения (0,026 о.е.) и коэффициента рассеяния (0,17). Эти параметры могут быть использованы для построения математической модели двигателя в среде MatLAB Simulink с целью дальнейшего исследования алгоритмов векторного и прямого управления моментом.

Таким образом, проведённый анализ подтверждает, что выбор асинхронного двигателя MTGF630-12 в качестве объекта управления является обоснованным для апробации сложных алгоритмов управления (в частности, на низких частотах вращения, где проявляются нелинейные эффекты), а полученные параметры схемы замещения обеспечивают адекватную основу для последующего математического моделирования.