3.2. Приводы с частотным управлением
Когда необходимо
получить широкий диапазон регулирования
частоты вращения при продолжительном
режиме работы и значительной мощности
двигателя, используется частотное
управление. Такие приводы обеспечивают
регулирование скорости вращения АД за
счет одновременного изменения частоты
питающей сети
и приложенного к Д напряжения
.
Возможность регулирования скорости
очевидна из выражения
.
(3.5)
Необходимость
регулирования приложенного к двигателю
напряжения одновременно с изменением
частоты обусловлена необходимостью
поддержания постоянного магнитного
потока двигателя. При этом академиком
Костенко, исходя из условия сохранения
постоянной перегрузочной способности
двигателя, выведены законы изменения
напряжения на двигателе в зависимости
от частоты питающей сети при различных
видах нагрузки. Наиболее часто встречается
случай, когда
(он соответствует нагрузке с постоянным
моментом).
Приводы с частотным управлением весьма сложны и представляют собой нелинейную систему с перекрестными связями и используются, как правило, в замкнутых системах управления. Главным элементам такого привода (помимо двигателя) является частотный преобразователь. На практике встречаются преобразователи частоты двух типов: с непосредственной связью и со звеном постоянного тока.
В преобразователях
частоты с непосредственной связью
приложенное напряжение через тиристоры
подается прямо на обмотки двигателя и
обеспечивается непосредственное
преобразование энергии, что обусловливает
их высокий КПД (
).
При этом напряжение
формируется из кусочков синусоид
приложенного напряжения.
Для получения
простейшего преобразования постоянной
частоты трехфазного тока в переменную
необходим преобразователь, содержащий
как минимум 18 тиристоров – и отсюда
сложность управления. Кроме того, эти
преобразователи не позволяют получить
частоту выходного напряжения более 50%
от входной (
).
Для расширения
диапазона регулирования используют
источники энергии с частотой
Гц.
Преобразователи со звеном постоянного тока значительно проще, но имеют двукратное преобразование энергии (переменный сигнал в постоянный, а потом постоянный в переменный). Отсюда более низкий КПД.
Преобразователи со звеном постоянного тока бывают двух типов: с управляемым выпрямителем и с неуправляемым выпрямителем. Чаще всего в них используются автономные инверторы напряжения. Применение автономных инверторов тока позволяет несколько расширить диапазон регулирования частоты.
В случае преобразователя с неуправляемым выпрямителем выпрямленное постоянное напряжение не регулируется, поэтому изменение и амплитуды и частоты осуществляется в автономном инверторе. Такие преобразователи позволяют получить больший диапазон регулирования, но они относительно сложны.
Рис.3.3. Структурная схема привода с частотным управлением и звеном постоянного тока (а) и его механические характеристики (б)
На рис. 3.3 изображены:
У - усилитель;
ФП - функциональный преобразователь (учитывает характер нагрузки,
поддерживая
определенное соотношение
);
БУВ - блок управления выпрямителем;
УВ - управляемый выпрямитель;
РЧ - регулятор частоты;
АИН - автономный инвертор напряжения.
В таком преобразователе существует два канала управления:
- амплитудой (за счет управляемого выпрямителя);
- частотой питающей сети (за счет регулятора частоты).
Системы частотного управления обычно замкнутые (см. рис 3.3). Частотно–токовые системы принципиально могут работать только в замкнутом цикле.
Тиристорные приводы переменного тока с частотным управлением представляют собой многомерные системы с нелинейными характеристиками. При расчете таких систем осуществляют развязку каналов управления, компенсируя имеющие место перекрестные обратные связи. В результате оказывается возможным применение системы подчиненного регулирования координат. Система с развязанными каналами управления называется системой векторного управления. Расчет замкнутых систем переменного тока значительно сложнее расчета замкнутых систем постоянного тока.