Сравнительная оценка способов регулирования
Сравнения проведем по линейности регулировочных характеристик и по электромагнитному к.п.д. двигателя. По виду регулировочных характеристик (рис. 2.5 – 2.7) можно заключить, что при регулировании момента и скорости путем изменения напряжения на обмотке якоря они линейные. При регулировании изменением сопротивления якорной цепи линейна скоростная характеристика и нелинейная характеристика регулирования момента. Наконец, при регулировании потоком нелинейные обе характеристики. При этом возможно даже изменение знака передаточного коэффициента регулирования. Кроме того, необходимо учесть, что регулирование потока возможно только изменением тока возбуждения. Но, как известно, зависимость потока от тока возбуждения также нелинейная, что еще больше усугубляет общую нелинейность регулирования.
Для сравнительной оценки способов регулирования по энергетическим показателям запишем соответствующие им механические характеристики в виде:
при регулировании напряжением
ω=U/(KΦн)−Rя·M/(KΦн)2; (2.39)
при регулировании сопротивлением
ω=Uн/(KΦн)−Rя·M/(KΦн)2−Rд·M/(KΦн)2; (2.40)
при регулировании потоком
ω=Uн/(KΦ)−Rя·M/(KΦ)2, (2.41)
где: U,Rд,Φ – регулирующие координаты; ω,M,Uн,K – постоянные параметры, одинаковые для всех трех выражений. На основании уравнения (2.24), принимая во внимание, что
U<Uн,Φ<Φн,
можно заключить:
(ηэ1= 1=ω/ω01=ωKΦн/U) > (ηэ2=ω/ω02=ωKΦн/Uн), ηэ1>(ηэ3=ωKΦ/Uн), ηэ2>ηэ3.
Таким образом, по энергетическим показателям лучшим является регулирование изменением якорного напряжения, т.е. и по линейности характеристик, и по энергетическим показателям предпочтительным является якорное управление, которое и получило наибольшее распространение в автоматическом приводе. Регулирование изменением сопротивления может быть рекомендовано в маломощных приводах, где потери на добавочном сопротивлении не вызывают особых проблем с теплоотводом и не приводят к значительным потерям энергии. Регулирование изменением потока возбуждения рекомендовано при скорости двигателя выше номинальной и сочетается с якорным регулированием. Такое сочетание называют двухзонным регулированием: первая зона со скоростью до номинальной – якорное управление, вторая зона со скоростью выше номинальной – управление потоком возбуждения.
80. Частотные преобразрватели напряжения для регулирования частоты вращения ад.
Общие сведения.
При работе с электрооборудованием нередко возникает необходимость управления частотой вращения асинхронного электродвигателя. Для этого могут использоваться гидравлические муфты, дополнительные резисторы в цепи роторных и статорных обмоток, механические вариаторы, электромеханические преобразователи частоты и, наконец, статические преобразователи. Первые четыре способа регулирования недостаточно экономичны, трудоёмки при их реализации и малоэффективны. В подобных преобразователях частоты используется частотный метод регулирования скорости асинхронного двигателя, заключающийся в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно согласно формуле:
р - количество полюсов. (при заданном р) изменять угловую скорость вращения магнитного поля статора.
При этом обеспечивается плавное регулирование скорости вращения в широком диапазоне при сохранении достаточно жёстких механических характеристик.
Регулирование скорости, кроме того, не вызывает увеличения коэффициента скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании малы.
Но для того, чтобы обеспечить высокие показатели экономичности асинхронного двигателя - коэффициент мощности, коэффициент полезного действия, способность к перегрузкам - одновременно с частотой должно меняться и подводимое напряжение.
Вывод: для плавного (бесступенчатого) регулирования частоты вращения вала, требуется частотный преобразователь для электродвигателя, который должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статорной обмотке последнего. Теоретическое обоснование метода частотного регулирования было проведено достаточно давно, но реализацию его тормозила высокая стоимость компонентов, необходимых для создания модуля частотного управления. И лишь появление силовых схем на IGBT-транзисторах, а также разработка высокопроизводительных микропроцессорных систем управления позволили создать современные преобразователи частоты приемлемой стоимости.
Принцип работы.
Большинство промышленных преобразователей частоты работают по схеме двойного преобразования. Они состоят из трех основных узлов: неуправляемого выпрямителя, силового импульсного инвертора и управляющего модуля. Неуправляемый выпрямитель преобразует напряжение сети в напряжение постоянного тока. Силовой трехфазный импульсный инвертор собран на шести транзисторных ключах. Через эти ключи каждая из обмоток статора электродвигателя подключается к выводам выпрямителя по специальной программе, задаваемой управляющим модулем. Эта программа и обеспечивает получение в обмотках статора стандартных 3-х фазных сигналов (аналогов сигналов 3-х фазной сети). Таким образом, инвертор осуществляет обратное преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение. Но при этом преобразовании уже появляется возможность регулирования параметров 3-х фазного сигнала. В качестве ключей в инверторе используются силовые IGBT-транзисторы, имеющие высокую частоту переключения, что позволяет воспроизвести синусоидальный сигнал с высокой степенью точности.
Области применения.
Использование частотного преобразователя для асинхронных двигателей для регулирования скорости движения конвейеров и транспортировочных устройств даёт значительную экономию электроэнергии и увеличивает эффективность использования этих средств. Тот же результат получается в случае использования этого метода регулировки при управлении насосными установками. Благодаря его применению без труда удаётся поддерживать в системе нужное давление и регулировать её производительность. При использовании регулируемого привода в станках мы можем плавно изменять скорость подачи или главного движения.