Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ВСЕ ОТВЕТЫ.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
7.31 Mб
Скачать

II. Регулирование  ад изменением частоты u-я, подводимого к статору.

f=var, следовательно 0=2f/p=var.

Это частотное регулирование. В настоящее время этот способ обеспечивает наилучшие показатели качества, а также технико-экономические и потребительские показатели.

Принципы и законы частотного регулирования

ЭДС, наводимая в фазе обмотки статора Е1 с некоторой доли погрешности можно считать:

Е1U1; U1=4,44КобWФf;

Предположим, что изменение частоты f питающей сети осуществляется при постоянном действующим значении U1=const приложенном к его фазе.

Пусть f , тогда при U=const будет  Ф. Это приведет к  Iхх статора и как следствие к перегреву двигателя. Допустим f , U=const, следовательно Ф , произойдет перегрузка двигателя   и   (коэффициент мощности).

При этом двигатель оказывает отрицательное влияние на питающую сеть, что проявляется в потреблении большего количества Q (реактивная мощность).

При частотном регулировании одновременно с изменением частоты f необходимо изменять и напряжение U.

В зависимости от вида механизма, характер изменения f и U может быть различным. Соотношение между частотой и напряжением определяется так называемым законом частотного регулирования. Для различных механизмов с разными моментами статического сопротивления наиболее целесообразными являются следующие законы частотного регулирования:

Мс=const  U/f=const.

Мс= изменяющийся линейно  U2/f=const

Мс2  U/f2=const.

Частотный способ регулирования целесообразен для турбомеханизмов.

Р еализация частотного регулирования. Классификация ПЧ.

ПЧ можно классифицировать по:

. В зависимости от технических средств:

1. Электромашинные преобразователи частоты:

а) синхронные ПЧ (СПЧ);

б) асинхронные ПЧ (АПЧ);

2. Статические преобразователи частоты (ТПЧ);

Электромашинные ПЧ по сравнению со статическими имеют худшие масса - габаритные показатели, менее экономичны (большая установочная мощность) и менее совместимы с информационным каналом ЭП, однако более совместимы с питающей сетью.

. По структуре:

1. ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока (ПЧ с ПЗПТ);

2. ПЧ с непосредственным преобразователем частоты (НПЧ);

ПЧ с ПЗПТ обладает большими функциональными возможностями, однако при этом имеют худшие энергетические показатели, чем НПЧ. До последнего времени в качестве статических преобразователей частоты в подавляющем большинстве использовались ПЧ с ПЗПТ, однако в последнее время эта тенденция изменилась с появлением новой элементной базы MOSFET и IGBT, а также с появлением новых подходов к синтезу систем управления.

ЭП с синхронным преобразователем частоты (СПЧ)

О сновным элементом является трехфазный синхронный генератор (СГ) Г2, ток возбуждения которого регулируется с помощью реостата R3, тем самым изменяется амплитуда выходного напряжения. При этом  генератора, а следовательно и частота выходного напряжения, регулируется с помощью системы Г-Д постоянного тока (Г1 и Д2). В структуре системы Г1-Д2 образуется ПЗПТ. Вал Г1 приводится во вращение приводным двигателем Д1 (для средней мощности - АД с КЗР; для большей мощности - СД).

Регулировочное воздействие с целью изменения  вносится в цепи возбуждения Г1 и Д2. При этом в первом случае осуществляется регулирование вниз, а во втором случае - вверх от основной частоты. При этом если  Г2 изменяется от 0 до н, то выходная частота генератора изменяется от 0 до 50Гц. Если  Г2 больше н, то частота f2 > 50Гц.

Автономное регулирование f и U невозможно. U на зажимах Г2: Uвых=E2=4,44KWФf;

Uвых/f=4,44KWФ.

При постоянстве Iв Г2 магнитный поток Ф=const, поэтому: Uвых/f=const.

Таким образом, в приводе с СПЧ возможна реализация только пропорционального закона регулирования. Изменение коэффициента К осуществляется с помощью R3.

=0; fвых=0; Uвых=0; при этом реостат R1 находится в полностью введенном положении, а реостат R2 выведен полностью,  АД = 0. При   вала Г2 - Д2 соответственно  fвых и  Uвых. При этом скорость АД возрастает.

При полностью выведенном R1 и R2=0: fвых=50Гц, ад=ном.

Для  f выше 50Гц вводят R2: fвых>50Гц и ад > ном.

Регулирование  в АЭП с электромашинным СПЧ:

Позволяет регулировать  как вниз с изменением Ег1, так и вверх, с изменением Ф Д2. При этом регулировочные характеристики имеют следующий вид:

Для   АД необходимо  f2 и  U2.

Для этого: R1  (R2=0)  Ег1   д2   f2  , U2   ад .

Если необходимо  , то R1=0: R2   Фд2   д2   f2 , U2   ад .

Критические моменты у всех характеристик одинаковые, т.к. регулирование происходит с одновременным изменением U и f.

А ЭП с асинхронным электромашинным ПЧ

Основным элементом является - ПЗПТ Г1-Д2, которое представляет из себя систему Г-Д постоянного тока. В качестве ПЧ используется асинхронная машина, 3-х фазный ротор которой находится на одном валу с двигателем Д2. При этом с зажимов ротора (колец) снимается 3-х фазное переменное напряжение, питающее регулируемые АД.

При изменении  вала Д2 - АМ изменяет частоту f на зажимах ротора:

Д2=0; f2=f1*S=50*1=50Гц;

Д2  f2; Д0=0АМ, f2=0.

Для того, чтобы f2 > 50Гц необходимо реверсировать вал Д2 - АМ. Для этого изменяют полярность Ег1 с помощью реверсирующих контактов, которые на схеме не показаны.

При этом статорная обмотка АМ питается от сети через АТ, при изменении Кт АТ будет изменять напряжение на зажимах АМ. КАТ=var  U2=var. В отличие от СПЧ в АПЧ возможно автономное регулирование частоты и напряжения.

U/f=const; U2/f=const; U/f2=const.

Регулирование :

Вниз от основной частоты изменением Rг1, при этом естественные характеристики имеют вид:

Для увеличения  изменяют полярность U-я на зажимах Д2 с помощью реверсирующих контактов, при этом изменяется направление вращения вала Д2 - АМ, частота f2 > 50Гц.

АЭП со статическими преобразователями частоты

АЭП со статическими преобразователями частоты обладает несравненными преимуществами по сравнению с электромашинными преобразователями, а именно значительно лучшие масса - габаритные показатели, отсутствие вращающихся частей, малая установленная мощность, значительно более высокий КПД, совместимость с информационным и управляющими каналами.

 По виду преобразования энергии:

1 с непосредственным ПЧ (НПЧ);

2 с ПЗПТ:

а) преобразователь с управляемыми выпрямителями;

б) с неуправляемыми выпрямителями;

 Инверторы различаются по способу коммутации УВ:

1 сетно - ведомые инверторы;

2 автономные инверторы (АИ), коммутация УВ происходит либо за счет подачи управляющих импульсов, либо с помощью коммутационных элементов;

 АИ бывают следующих видов:

1 АИТ, используется L - фильтр, форма выходного I не зависит от характера нагрузки;

2 АИН, используется С - фильтр, форма выходного U не зависит от характера нагрузки;

V По структуре:

1 БУВ - блок управления выпрямителем;

2 БУИ - блок управления инвертором.

Непосредственный ПЧ (НПЧ)

В настоящее время область применения НПЧ в автоматизированных ЭП постоянно расширяется, что связано с существенными преимуществами таких преобразователей, а именно высокий КПД, более высокий коэффициент мощности, существенно лучший гармонический состав Uвых (практически синусоидально). Недостаток заключается в меньшими по сравнению с ПЧ с ПЗПТ функциональными возможностями, невозможность регулирования вверх, сложная система управления.

В настоящее время в качестве систем преобразования используют сложные матричные системы управления, построенные на векторном принципе управления.

1 Направление - однозонное вниз;

2 Регулирование при М=const ;

3 Стабильность и плавность абсолютно высокие;

4 КПД до 85%, cos=0,85;

5 Диапазон, D=100:1, D=0,5 - 50Гц.

С татический преобразователь частоты с ПЗПТ.

В - выпрямитель (управляемый или неуправляемый) предназначен для преобразования переменного 3-х фазного U-я в постоянное пульсирующее напряжение с постоянными значениями Ud и Id или изменяющимися Ud и Id.

Ф - сглаживающий фильтр, предназначен для уменьшения пульсации напряжения (и тока, или тока) на входе следующего блока.

АИ - автономный инвертор, предназначен для преобразования постоянного (изменяющегося или не изменяющегося) U в переменное с U2=var и f2=var, которое питает статорную обмотку двигателя.

БУВ и БУИ - системы импульсно - фазового управления.

В приводах, не требующих большого диапазона регулирования очень часто применяются преобразователи с управляемыми выпрямителями. В таких преобразователях управляемый выпрямитель выполняет функцию регулятора напряжения, а АИ - функцию регулятора частоты.

При этом в зависимость от элементной базы выпрямителя и инвертора, управление этими блоками осуществляется с помощью СИФУ, с помощью которой регулируются углы управления выпрямителем - , инвертором - .

  Ud;   Ud;

  f2 .

Следует отметить, что угол управления  связан с углом сдвига фаз между U и I в первичной обмотке входного трансформатора , поэтому регулирование скорости с помощью таких преобразователей в области очень малых скоростей, т.е. при /2 существенно ухудшает коэффициент мощности.

К преимуществам таких преобразователей следует отнести:

  • большие функциональные возможности

  • простота системы управления

Недостаток: прямоугольная форма выходного напряжения или тока.

АЭП с ПЧ с ШИР:

Избавиться от низкого cos позволяют ПЧ с широтно - импульсным регулированием напряжения. В структуре частотного преобразователя с ШИР как правило в качестве звена постоянного тока используется неуправляемый выпрямитель, а АИ может представлять из себя как АИН так и АИТ. При этом область применения АИН в таких преобразователях шире, чем АИТ. Управляемые элементы инвертора работают не в продолжительном, а в импульсном режиме. Частотное регулирование в преобразователях с ШИР реализует изменение U и I всех трех законов регулирования (U/f=const; U2/f=const; U/f2=const).

В ыходное напряжение и ток каждой фазы инвертора имеют в отличие от ранее рассмотренного следующую форму:

В течении длительности полупериода выходное U или I соответственно изменяются по импульсному закону. При изменении соответственно t1 и t2 изменяется скважность управляющих импульсов: =t1/(t1+t2).

Соответственно изменяется и среднее напряжение: Uср=*U.

При этом в зависимости от требуемого значения амплитуды выходного напряжения, которое определяется изменением выходной частоты, изменяется скважность. К недостаткам таких преобразователей следует отнести необходимость применения в каждой фазе мощного выходного вентиля согласного с мощностью регулируемого двигателя. Такие преобразователи применяются в приводах малой мощности.

АЭП с ПЧ с ШИМ:

В настоящее время такие преобразователи являются наиболее широко используемые и перспективным типом преобразователей, при этом как по структуре, так и по элементной базе, так и по принципу и синтезу СУ в настоящее время насчитывается достаточно большое количество разновидностей таких преобразователей. В качестве выпрямителя используется неуправляемый выпрямитель, а БУИ осуществляет управление по принципу широтно - импульсной модуляции. Принцип действия инвертора с ШИМ можно пояснить на основе элементарной схемы замещения такого инвертора, которая составлена для одной схемы. Она имеет вид:

Выходное напряжение неуправляемого выпрямителя на схеме замещения показано в виде источника питания, разделенного на 2 одинаковые половины. Они попеременно подключаются на сопротивление нагрузки Zн, с помощью двухпозиционного ключа К.

Если К находится в положении 1, то на сопротивление нагрузки работает верхняя половина источника, ток будет направлен справа - налево, если в положении 2, то работает нижняя половина источника, ток протекает слева - направо.

Е сли длительность нахождения ключа в положении 1 обозначим t1, в положении 2 - t2, то среднее значение напряжения:

Если t1=t2, то Uср=0;

Если t1 t2, то рассчитывается по формуле;

t1+t2= - период модуляции;

t1/t2= - глубина модуляции;

=1/ - несущая частота модуляции;

Е сли изменять отношение (t1-t2)/(t1+t2) по закону синуса, то:

При реализации синусоидальной ШИМ Uвых складывается из импульсов одинаковой амплитуды, но различных по длительности и имеет форму, близкую к синусоидальной. При этом t1+t2, соответствующая определенной выходной частоте, будет постоянной. Существенным преимуществом таких преобразователей является получение формы выходного напряжения, близкой к синусоидальной (чаще трапецеидальной), отсутствие в структуре управляющего выпрямителя и как следствие высокие энергетические показатели и существенно меньшее отрицательное влияние на сеть.

1 Направление двухзонное;

2 Вниз при М=const, вверх при P=const;

3,4 Плавность и стабильность чрезвычайно высокие;

5 Энергетические показатели высокие;

6 D=1000-1.

Особенности частотного регулирования скорости СД

Частотное регулирование скорости СД является единственно возможным регулированием скорости, однако при этом следует учитывать как специфические свойства самих синхронных ЭП, так и специфические свойства их регулирования и управление регулированием. К специфическим свойствам промышленных СЭП можно отнести:

1 Их более высокий (по сравнению с АД) спектр мощностей. При этом следует учитывать, что СД в промышленных ЭП обычно работают с коэффициентом загрузки, приближенном к 1, что существенным образом сказывается на влияние отклонения Uпит на перегрузочную способность двигателя, не смотря на соотношение MU. Кроме того этому способствует такое негативное качество СД, как склонность к качанию.

К специфическим особенностям СЭП можно отнести:

1 Стабильность угловой скорости, независимо от момента нагрузки во всем диапазоне регулирования в пределах перегрузочной способности двигателя.

2 Высокая точность синхронного движения СМ с контролем по углу вращения осей.

3 Большое значение моментов на регулируемых скоростях при управлении напряжением и током возбуждения.

4 В частотно - регулируемом синхронном ЭП необходимо учитывать закономерности, связанные с зависимостью частоты напряжения, питающего статор с углом рассогласования .

П ри постоянстве амплитуды напряжения, питающего статор, угол  при малых скоростях вращения:

f      M

f      M

В связи с этим возникает необходимость при частотном регулировании СЭП одновременно с изменением f изменять U-е, его амплитуду и ток возбуждения Iв двигателя. Изменять напряжение нужно не всегда.

Если закон регулирования имеет вид: U/f=Uном/fном=const, (1) то зависимость тока возбуждения Iв при регулировании его от М на валу: Iв/Iвном=М/Мном. (2)

Если при этом Iв=Iвном, то в принципе поддержание момента можно реализовать только с помощью выражения (1). Такое регулирование СЭП называется регулированием при постоянном М на валу двигателя.

Е сли регулирование производится при постоянной мощности на валу двигателя, то в этом случае оно осуществляется только изменением частоты при постоянстве Iв и питающего напряжения. Таким образом регулирование СЭП является двухзонным, т.е. при постоянстве момента реализуется регулирование вниз, при P=const - вверх. Очень часто в процессе регулирования СД возникает задача стабилизации скорости вращения привода при колебаниях момента нагрузки на валу. В этом случае такое регулирование производится при регулировании некоторого значения частоты.

f=fном; U/Uном=M/Mном ;

Кроме того СЭП обладает еще одним очень важным свойством, отличающего его от АД. Характеризуется отключением обмотки статора от переменного напряжения и замыкание на тормозное сопротивление.

С уществует также способ фиксации ротора в заданном положении без применения механических тормозов, который заключается в том, что статорная обмотка отключается от 3-х фазного напряжения и подключается к источнику постоянного напряжения.

Такой способ возможен только в частотно - регулируемой системе частотного ЭП.

Кроме того, отличием частотно - регулируемого СЭП от АЭП является то, что в нем в меньшей степени, чем в асинхронном проявляется отрицательное влияние активной составляющей обмотки статора R1 на момент. При этом это влияние даже не велико на нулевых скоростях. Это влияние в регулируемых СЭП может быть скомпенсировано Iв.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]