ГОСТ IEC/TS 60034-2-3-2015 Машины электрические вращающиеся. Часть 2-3. Специальные методы определения потерь и коэффициента полезного действия асинхронных двигателей переменного тока с питанием от преобразователя

Введение

Предметом рассмотрения настоящего стандарта являются методы испытаний для определения дополнительных гармонических потерь в асинхронных двигателях, питающихся от преобразователей. Данные потери образуются в дополнение к потерям, которые имеют место при питании двигателя номинальным синусоидальным напряжением и определяются методами, описанными в стандарте IEC 60034-2-1. Настоящий стандарт позволяет сравнить потери в различных асинхронных двигателях, питаемых от преобразователей, вызванные гармоническим составом питающего напряжения.

В электроприводе часто используются преобразователи и двигатели, выпускаемые различными производителями. Двигатели одних и тех же типов производятся в больших количествах, а потому питаются от различных энергетических систем и преобразователей частоты, поставляемых различными производителями. Индивидуальные особенности преобразователя (частота коммутации, напряжение звена постоянного тока и т.п.) могут влиять на коэффициент полезного действия системы. Определять дополнительные потери в двигателе от гармоник для каждого сочетания двигателя, преобразователя частоты, соединительного кабеля, выходного фильтра и их режимов нецелесообразно. Учитывая значительные трудности в определении коэффициента полезного действия двигателя при питании от преобразователя, настоящий стандарт дает ряд подходов в зависимости от уровня напряжения и режимов работы машины при испытаниях.

Процедуры, описанные в настоящем стандарте, позволяют получить единый коэффициент гармонических потерь , представляющий соотношение дополнительных гармонических потерь в двигателе и потерь при синусоидальном напряжении питания.

Потери, определяемые методами настоящего стандарта, нельзя рассматривать как окончательные оценки потерь в конкретном применении. Однако они обеспечивают основу для объективного сравнения различных модификаций двигателя с точки зрения эффективности их использования в сочетании с преобразователями.

Методы настоящего стандарта относятся к асинхронным двигателям, применяемым с различными преобразователями частоты. Однако не исключается их применение к иным двигателям переменного тока и к машинам постоянного тока. В основном данные методы относятся к преобразователям со свойствами источника напряжения.

В общем случае потери при питании от управляемого преобразователя потери больше, чем при питании от синусоидального источника питания. Дополнительные гармонические потери зависят от спектра гармоник, генерируемых преобразователем (как спектра тока, так и напряжения), который, в свою очередь, зависит от схемотехнических решений и методов управления. Для получения дополнительной информации можно обратиться к IEC 60034-25.

Целью настоящего стандарта является расчет дополнительных потерь от высших гармоник несинусоидального источника питания и коэффициента полезного действия двигателя при таком режиме питания от преобразователя. Данный стандарт не предлагает методы определения потерь и коэффициента полезного действия электропривода в целом или силового преобразователя в частности.

Настоящий стандарт относится к двигателям, предназначенным для работы на частотах 50 Гц и 60 Гц с синусоидальным питанием. Однако приведенные в нем методы испытаний могут быть применены и для двигателей с иными номинальными данными, например, для 4-полюсных двигателей с номинальной частотой вращения 3000 об/мин при частоте 100 Гц и соответствующим номинальным напряжением.

Низковольтные двигатели

Как показывает опыт, гармонические потери в двигателе растут с ростом нагрузки. Методы настоящего стандарта распространяются на питание двигателя от преобразователя с широтно-импульсной модуляцией и постоянной формой импульса. К ним в основном относятся преобразователи со свойствами источника напряжения за исключением преобразователей со сверхмодуляцией. Общепризнано, что они имеют наиболее широкую сферу применения на рынке низковольтных промышленных преобразователей.

Признавая для таких преобразователей растущую необходимость соответствия национальным нормам энергоэффективности, в настоящем стандарте представлен так называемый тест-преобразователь для испытаний низковольтных двигателей.

Тест-преобразователь в принципе представляет собой источник напряжения с точно определенным и воспроизводимым содержанием гармоник, питающий машину при испытаниях. Коэффициент полезного действия (КПД) машины определяется при номинальной нагрузке и частоте 50 Гц или 60 Гц. Использование этих частот позволяет произвести прямое сравнение КПД машины при питании от сети и преобразователя.

С выпуском настоящего стандарта появляется возможность приобрести практический опыт применения описанных в нем методов и обеспечить обратную связь для дальнейшего совершенствования процедуры испытаний.

Ограничения для низковольтных и высоковольтных двигателей с многоуровневыми инверторами

Следует отметить, что здесь описаны только стандартные методы, предназначенные для получения сравнительных оценок КПД при стандартизованных условиях испытаний. Если возможно определить двигатель, пригодный для работы от преобразователя, то определить действительные потери при его работе с конкретным преобразователем потребовало бы испытания всей системы электропривода, что методами настоящего стандарта не представляется возможным.

Следует ожидать погрешностей при использовании данных методов для двигателей, питаемых от многоуровневых инверторов со свойствами источника напряжения и от инверторов со свойствами источника тока, когда гармонические потери в двигателе более существенно зависят от скорости и нагрузки, чем в двухуровневых инверторах напряжения. Следовательно, в таких случаях определение потерь и КПД двигателя предпочтительнее проводить с тем же типом преобразователя, с которым предполагается его эксплуатация.

Еще одной опцией стандарта является определение дополнительных гармонических потерь в двигателе расчетным методом. По требованию заказчика производитель преобразователя должен предоставить производителю двигателя диаграммы импульсов.