3. Электромашинный асинхронный преобразователь частоты

В схемах электромашинного преобразователя частоты могут быть использованы в качестве основного преобразо­вателя обычные асинхронные машины с фазным ротором в режиме асинхронного преобразователя частоты. Одна из таких схем с асинхронным преобразователем частоты АПЧ приведена на рисунке 3. Здесь статор АПЧ присоединен к сети переменного тока через автотрансформатор АТ, позволяющий независимо регулировать на входе (и выходе) АПЧ амплитуду напряжения. Ротор АПЧ механически свя­зан с якорем двигателя М2, угловая скорость которого регулируется по системе Г—Д так же, как и в предыду­щей схеме с синхронным генератором. Вторичная (ротор­ная) цепь АПЧ служит источником напряжений регулируе­мой частоты и амплитуды.

Частота на выходе АПЧ равна

f₂=f₁±f_М2,

где f_М2= ωр/2π; ω — скорость двигателя М2; f₁ — частота напряжения питания статора, принятая равной частоте питающей сети.

Рисунок 3 – Схема с асинхронным преобразователем частоты

Знак плюс относится к случаю, когда ротор вращается против поля статора, а знак минус—согласно с полем статора. Следовательно, при вращении ротора против поля частота f₂ > f₁ согласно с полем f₂ < f_1. При неподвижном состоянии ротора АПЧ частота f₂ = f_1.

Энергия, передаваемая АПЧ нагрузке, при вращения против поля складывается из механической энергии, поступающей с вала двигателя М2, и электрической энергии, потребляемой АПЧ со стороны автотрансформатора АТ. При вращении по полю электрическая энергия, поступаю­щая в статор АПЧ, частично передается нагрузке, а часть — двигателю М2, в этом случае работающему в генераторном режиме. Эта часть энергии после преобразований возвра­щается о сеть с помощью машины М1.

Если, например, принять частоту на выходе АПЧ f₂ = 100 Гц, а частоту питания f₁ = 50 Гц, то активная мощ­ность Р₂ составит только 50 % установленной мощности нагрузки, а через двигатель М2 будет подводиться также 50 % Р_∑. Таким образом, при указанном соотношении ча­стот установленная мощность машин системы Г—Д окажется вдвое меньше, чем в случае электромашинного преобразо­вателя с синхронным генератором. Раздельное регулирова­ние напряжения с помощью автотрансформатора АТ дает возможность (ограничиваемую насыщением стали АПЧ) устанавливать требуемое соотношение между U₂ и f₂.

С возрастанием выходной частоты АПЧ установленная мощность преобразовательного устройства увеличивается.

Электромашинные преобразователи частоты с АПЧ при­меняются обычно для получения частот, превышающих частоту питающей сети, когда необходимо регулировать угловую скорость большого числа согласованно работаю­щих асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

4. Вентильно-электромашинный преобразователь частоты

Схема вентильно-электромашинного преобразователя ча­стоты с синхронным генератором (вместо него может быть использован и АПЧ) приведена на рисунке 4. Здесь вращаю­щийся преобразовательный агрегат постоянной скорости заменен статическим управляемым преобразователем (вы­прямителем) УП, собранным, например, на тиристорах. От управляемого выпрямителя питается двигатель М1 агрегата переменной скорости. В данном случае несколько повышается КПД преобразователя частоты ПЧ, сокраща­ются его габариты.

Рисунок 4 – Схема вентильно-электромашинного преобразователя частоты с синхронным генератором

Однако остаются такие недостатки, как невысокая надежность, необходимость в использова­нии, кроме УП двух машин (двигателя М1 и генератора G), значительная инерционность привода, связанная с изменением угловой скорости агрегата переменной скорости при изменении выходной частоты.

ЛЕКЦИЯ 14

Статические преобразователи частоты

Вопросы