Векторные диаграммы и статические характеристики электропривода

За базовый вектор в моментном треугольнике электропривода с МДП примем вектор результирующего потокосцепления в зазоре ₀: его положение и величина жестко определяются напряжением питающей сети, к которой напрямую подключена обмотка ротора асинхронного двигателя.

Напряжение на выходе регулятора скорости через узел формирования фазных токов и замкнутые контуры регулирования этих токов задает однозначно величины фазных токов и следовательно, длину вектора потокосцепления статора _С.

Ориентация вектора _С относительно базового вектора ₀ задается выбором начального угла поворота ротора 1С, который при работе электропривода остается неизменным. Действительно, вектор _Р вращается относительно ротора с угловой скоростью, определяемой только частотой питающей сети. А так как ротор 2С вращается с угловой скоростью вала МА, то частота напряжений на выходах демодуляторов в точности соответствует в любой момент времени разности частот питающей сети и угловой скорости ротора. Т.е. векторы _С и ₀ повернуты друг относительно друга на фиксированный угол. Величина этого угла задается начальным поворотом вала ротора 1С.

Итак, моментный треугольник в рас­сматриваемом электроприводе с МДП фор­мируется длинами сторон ₀ и _С и углом между ними.

Если при наладке электропривода выставить начальное значение угла  ₀, _р = 90  (рис. 5.27), то во-первых, при любых нагрузках на зажимах статора МА выполняется cos = 1, что экономит габарит силовых цепей преоб­ра­зователя частоты, а во-вторых, в АД принци­пиально не наблюдается ограничения по максимальному электромагнитному моменту: площадь моментного треугольника увеличивается неограниченно за счет удлинения сторон _Р и _С, но при этом магнитный поток в зазоре двигателя остается постоянным.

В реальных условиях приходится считаться лишь с условиями нагрева силовых элементов в цепях ротора и статора, а также ограниченной механической прочностью ротора МА. Кроме того, при очень больших токах статора и ротора необходимо учитывать возрастающую долю падения напряжения на этих обмотках, что приводит к некоторому снижению магнитного потока в зазоре и требует завышения напряжения на выходе преобразователя частоты.

 В некоторых электроприводах с МДП вместо НПЧ установлен двухзвенный преобразователь частоты с естественной коммутацией вентилей в автономном инверторе. Можно ли в этом случае получить опережающий cos электропривода, и какие дополнительные ограничения следует при этом учитывать?

Механическая характеристика электропривода с МДП n = f(M) имеет вид типовой характеристики электропривода с подчиненным регулированием (рис. 5.28 а). Здесь возможны два варианта поддержания скорости электропривода с последующим ограничением момента: ниже синхронной (кривая а-б-в) или выше синхронной (кривая г-д-е-б-в).

Зависимость тока статора от момента I_С = f(M) имеет линейный характер, так как площадь моментного треугольника при ₀ = const пропорциональна длине вектора _С.

Выясним, как выглядит кривая действующего напряжения на статоре U_С = f(M).

При неучете падения напряжения на обмотке статора U_С = E_С. В свою оче­редь, величина ЭДС, наводимой в обмотке фазы статора,

E_С = E_С0 s,

где E_С0 – величина ЭДС, наводимой в разомкнутой обмотке статора, когда непо­движ­ный ротор двигателя подключен на полное напряжение сети;

s = (_C  _Р) / _С  величина, аналогичная скольжению в асинхронном двигателе; _С – частота приложенного к обмотке ротора напряжения сети; _Р – частота (электри­ческая) вращения ротора.

На участке поддержания постоянства скорости электропривода, где s = const, действующее значение напряжения на статоре поддерживается постоянным, а в режиме ограничения момента определяется величиной скольжения и изменяется пропорционально ему. Когда в режиме поддержания скорости двигатель сначала работает на синхронной скорости, а затем в режиме перегрузки снижает скорость (траектория в–е–б на рис. 5.28 а), то кривая напряжения на статоре описывается траекторией в–е–б на рис. 5.28 в. При уставке скорости ниже синхронной, когда скорость изменяется по кривой а–б–е (рис. 5.28 а), действующее значение напряжения изменяется по кривой а–б–е (рис. 5.28 в). Когда же уставка скорости выше синхронной (траектория г–д–е–б на рис. 5.28 а), то действующее значение напряжения изменяется по кривой г–д–е–б, т.е. сначала поддерживается постоянным, потом падает до нуля (в предположении, что падение напряжения в обмотке статора не учитывается), а затем увеличивается до Е_C0. Точка е на характеристике соот­ветствует синхронной скорости МА.

 Постройте энергетическую диаграмму электропривода при работе его в точке б, а затем – в точке д (рис. 5.28 а).