3. Электроприводы переменного тока
Электроприводы переменного тока по типу двигателя делятся на:
асинхронные;
синхронные;
вентильные;
шаговые;
с бесконтактными двигателями постоянного тока.
В синхронных электроприводах используются синхронные двигатели классической конструкции. Эти двигатели имеют существенный недостаток – выпадают из синхронизма при резком изменении нагрузки. Поэтому при необходимости использовать синхронные двигатели применяют шаговые либо вентильные электроприводы, либо электроприводы с бесконтактными двигателями постоянного тока.
В вентильных электроприводах используются вентильные двигатели. Напомним, что вентильный двигатель по конструкции напоминает синхронный двигатель классической конструкции, который обладает некоторыми дополнительными узлами: датчиком положения ротора и электронным коммутатором. Электронный коммутатор согласует управляющий сигнал, задающий частоту вращения ротора, и сигнал с датчика положения ротора таким образом, чтобы исключить выпадение из синхронизма. Особенность вентильного двигателя в том, что его ротор выполняется в виде постоянного магнита. В шаговых электроприводах используются шаговые двигатели. Шаговый двигатель обладает следующим недостатком: потерей шага при большой частоте поступающих сигналов управления. Если шаговый двигатель дополнить датчиком положения ротора и электронным коммутатором, то потери шага можно исключить. Такой двигатель называют бесконтактным двигателем постоянного тока, а электропривод на его основе – электроприводом с БДПТ.
Наиболее перспективные электроприводы – электроприводы с бесконтактными двигателями постоянного тока и вентильные электроприводы.
В настоящее время широко распространены асинхронные электроприводы, построенные на основе асинхронных двигателей. Асинхронные электроприводы по быстродействию и по диапазону регулирования частоты в настоящее время сопоставимы с быстродействием и диапазоном регулирования электроприводов постоянного тока, но надежность асинхронных электроприводов в несколько раз выше.
3.1. Асинхронные электроприводы
3.1.1. Частотное управление асинхронными двигателями
В регулируемых
асинхронных электроприводах применяется
только частотный способ регулирования.
Напомним принцип частотного регулирования
АД, опираясь на механическую характеристику
(МХ) асинхронного двигателя (АД)
,
где
– частота вращения АД;
– электромагнитный момент АД (см. рисунок
1).
0
Рисунок 1 – МХ АД
Укажем на МХ ее
характерные точки:
– частота вращения поля (работа двигателя
идет на идеальном холостом ходу);
– критическая частота вращения ротора
(двигатель на этой частоте развивает
максимальный электромагнитный момент
);
– пусковой момент (реализуется на валу
двигателя при неподвижном роторе, т.е.
при
).
Будем полагать,
что АД нагружается постоянным моментом
сопротивления
.
При моменте
сопротивления
частота вращения
,
как это следует из графоаналитических
построений, рассматриваемых выше. При
моменте сопротивления
частота вращения
.
Таким образом, как это видно из рисунка
1, при
будет выполняться
условие:
. (1)
Для большинства двигателей
. (2)
Поэтому в силу соотношений (1) и (2) практически можно считать, что
, (3)
где
– частота статорных напряжений;
– количество пар полюсов.
Из соотношения
(3) видно, что если при любой допустимой
нагрузке изменять
,
то частота вращения
будет также изменяться с коэффициентом
пропорциональности
.
В этом заключается суть частотного
способа управления. Но при реализации
частотного управления возникают
определенные проблемы. Например, если
при работе АД на холостом ходу уменьшать
частоту
,
то будет уменьшаться индуктивное
сопротивление статорных обмоток. Если
при этом напряжение не будет изменяться,
то токи статорных обмоток будут
возрастать.
Оценим диапазон изменения этих токов. Требуемый диапазон регулирования частоты большинства электроприводов
. (4)