3. Основные законы скалярного управления частотно-регулируемых электроприводов

Принцип скалярного управления частотно-регулируемого асинхронного электропривода базируется на изменении час­тоты и текущих значений напряжения, магнитного потока и тока двигателя. Управляемость двигателя при этом может обеспечиваться взаимосвязанным регулированием либо час­тоты и напряжения, либо частоты и тока статора двигателя. Первый способ управления принято называть частотным управлением, а второй — частотно-токовым управлением. Выбор способа управления определяется совокупностью ста­тических, динамических и энергетических требований к электроприводу.

Скалярный принцип частотного управления является наи­более распространенным в электроприводах с асинхронным двигателем.

При частотном управлении электромагнитный момент асинхронного двигателя зависит от частоты и напряжения переменного тока, питающего статор электрической машины. Наличие двух независимых каналов управления (уровнем на­пряжения и частотой) дает возможность реализовать в сис­теме преобразователь частоты — асинхронный двигатель (ПЧ — АД) различные законы управления.

Управляя двигателем в соответствии с выражением (3) при ненасыщенной магнитной системе электрической маши­ны, можно сохранить практически неизменными коэффици­ент мощности, скольжение, перегрузочную способность не­зависимо от изменения частоты.

Механические характеристики привода, сохраняющего теоретически постоянство перегрузочной способности двига­теля при указанных видах нагрузки, приведены на рис. 2. Однако, как видно из графиков, изображенных пунктирными линиями, сохранить постоянство перегрузочной способности двигателя не удается. Это связано с тем, что с уменьшением частоты растет влияние падения напряжения в активном со­противлении статорной цепи, которое при выводе основных законов управления не учитывалось

Рис. 2. Механические характеристики привода, управляемого по системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель:

a — при постоянном моменте; б — при постоянной мощности; в — при вен­тиляторной нагрузке

Для того чтобы реализовать принцип скалярного частот­ного управления, необходимо в соответствии с выражением (2) взаимосвязано управлять напряжением на статоре асин­хронной машины при изменении частоты.

В разомкнутых системах ПЧ —АД не удается достичь боль­шого диапазона регулирования скорости, поскольку в значительной степени проявляется статизм (влияние измене­ния момента нагрузки на механическую характеристику при­вода). Например, уже при диапазоне регулирования 6:1 ста­тизм может достигать около 30 %. В частотно-управляемых замкнутых (с обратными связями по току, скорости или дру­гим величинам) системах электропривода диапазон регули­рования скорости расширяется до 50:1 и более, а в асинхрон­ных приводах с векторным принципом управления до 1000:1 и более.

Скалярное управление может быть реализовано при от­сутствии датчиков напряжения, тока и скорости. Тем не ме­нее, все современные ПЧ содержат датчики тока и напряже­ния для обеспечения сервисных защитных и других дополни­тельных функций. Датчики напряжения устанавливаются, как правило, в звене постоянного тока, а датчики тока — на вы­ходе инвертора в двух фазах.

При частотном регулировании скорости синхронных дви­гателей для случая постоянного момента сопротивления на валу двигателя напряжение на выходе ПЧ следует изменять по закону U/f = const. Если же момент приводимой рабочей машины зависит от скорости, то при изменении частоты тре­буется наряду с изменением напряжения регулировать ток возбуждения двигателя.

При регулировании в режиме постоянной мощности регу­лирование осуществляется изменением только частоты при неизменных значениях тока возбуждения и напряжения.

По аналогии с двухзонным регулированием скорости дви­гателя постоянного тока независимого возбуждения можно реализовать аналогичное регулирование скорости синхронно­го двигателя. При постоянном моменте используется регули­рование скорости в зоне ниже номинального значения, а при постоянной мощности — в зоне выше номинального значе­ния скорости.