1.3 Регулювання швидкості обертання зміною частоти змінного струму

При цьому способі частоту змінного струму, що підводиться до обмотки статора двигуна, змінюють за допомогою спеціального генератора. Регулювання зміни частоти струму вигідно виробляти, коли є велика група двигунів, що вимагають спільного плавного регулювання швидкості обертання. Зміна частоти проводиться з допомогою електроприводу ЕКТ2Д.

Електропривід ЕКТ2Д (електропривід комплектний тиристорний частотний) призначений для керування асинхронними електродвигунами змінного струму типу ВАО, АО2, 4А, синхронно-реактивними двигунами та ін.

Електропривід призначений для роботи в закритих приміщеннях і має степінь захисту ІР21.

Електропривід забезпечує:

- регулювання вихідної напруги в функції частоти за законом:

U/f = const = 4,0…7,6 при f_ном = 50 Гц,

де U – діюче значення вхідної напруги, В;

f – вихідна частота, Гц, але не вище від напруги мережі живлення;

- роботу із струмом 1,5І_ном протягом 120 с;

- пуск, гальмування, реверс електродвигуна, роботу з номінальним струмом на навантаження, що має коефіцієнт потужності 0,15…0,9 при f_ном = 50 Гц.

Принцип роботи ЕКТ2Д грунтується на перетворенні змінної напруги промислової частоти 50 Гц в змінну напругу регульованої частоти і його можна розглянути за допомогою рис. 7.5 і рис. 7.6.

Подача напруги на керований випрямляч УВ здійснюється автоматичним вимикачем QF (рис. 7.6), який керується кнопками "Увімкнено" і "Вимкнено", а також сигналами захистів. Всі команди на увімкнення і вимкнення вимикача формуються за допомогою плати захисту ПЗ системи керування.

Керований випрямляч УВ виконаний за трифазною мостовою схемою із застосуванням фазоімпульсного керування. УВ здійснює регулювання значення вихідної напруги за амплітудою і керується системою керування випрямлячем СУВ. Увімкнення УВ здійснюється за командою сигналу задання з плати регулювання ПР.

Система автоматичного керування САК забезпечує плавне регулювання швидкості асинхронних двигунів, а також їх розгін, гальмування і реверс.

Основні пристрої регулювальної частини електроприводу розташовані на платі регулювання ПР.

Регулювальна частина забезпечує:

- формування вхідного сигналу завдання;

- регулювання темпу зміни завдання частоти;

- зміну вихідної напруги електроприводу в функції частоти;

- підтримання вихідної напруги певного значення при частоті, що вища від номінальної.

У САК передбачена робота на однодвигунний або багатодвигунний привод. В обох випадках підтримання швидкості здійснюється без застосування обертових давачів швидкості.

З метою забезпечення високої точності частоти і підтримання обертів синхронно-реактивних двигунів передбачена можливість роботи САК із застосуванням зовнішнього цифрового задаючого генератора.

1 – сигнальні лампи;

2 – перемикач “Задання швидкості “Вперед-Назад”;

3, 4 – резистори “Швидкість обертання”;

5 – кнопки “Вкл” і “Викл”;

6 – автомат “Власні потреби”;

7 – автомат “Електродвигун вентилятора”

Рисунок 7.8 - Панель керування ЕКТ2Д

Рисунок 7.9 - Схема частотного перетворювача приводу ЕКТ2Д

Система САК виконана двоконтурною за принципом підпорядкованого регулювання. Внутрішнім контуром є контур регулювання вихідного струму перетворювача, зовнішнім – контур регулювання ЕРС двигуна або частоти.

Силова схема електроприводу призначена для перетворення змінної напруги мережі живлення в змінну напругу регульованої частоти і амплітуди.

Силова схема містить такі функціональні вузли:

• силовий керований випрямляч УВ;

• LC-фільтр Ф;

• автономний інвертор напруги АИН.

Силовий керований випрямляч зібраний за трифазною мостовою схемою. В електроприводі з рекуперативним гальмуванням встановлені два ввімкнені зустрічно-паралельно трифазні керовані випрямлячі з роздільним керуванням і комбінованою логікою перемикання мостами.

Регулювання значення випрямленої напруги в УВ досягається зміною кута відкривання тиристорів, яке здійснюється системою фазоімпульсного керування випрямлячем СУВ.

УВ вмикається у мережу живлення автоматичним вимикачем QF з дистанційним керуванням і автоматичним приводом.

Система автоматичного керування САК регулює вихідну напругу і частоту електроприводу.

САК складається з таких вузлів:

• плата керування випрямлячем ПУВ;

• плата керування інвертором ПУИ;

• плата регулювання ПР;

• плата захисту ПЗ.

Елементною базою вузлів САК є жорстка логіка на інтегральних логічних та аналогових мікросхемах і дискретних елементах.

Механічна характеристика асинхронного двигуна є залежністю зміни моменту М на валу двигуна від ковзання s (або від швидкості обертання ротора ω), тобто М = f(s). Момент двигуна виражається через параметри схеми заміщення і ковзання за формулою

, (7.7)

де m₁ – кількість фаз статора;

U_ф – фазна напруга статора, В;

s – ковзання ротора;

ω₀ – швидкість магнітного поля статора (синхронна швидкість), об/хв;

r₁ і х₁ – активний і індуктивний опори обмоток статора, Ом;

r₂^′ і х₂^′ – активний і індуктивний опори ротора, зведені до обмотки статора, Ом.

Синхронна швидкість визначається за формулою:

, об/хв, (7.8)

де f₁ – частота струму мережі живлення, Гц;

p – кількість пар полюсів;

ω₁ – швидкість обертання ротора, об/хв.

На рис. 7.10 подані механічні характеристики електропривода з асинхронним електродвигуном, отримані при частотному регулюванні. Як бачимо, робота електропривода при частотах менше 10 Гц небажана, оскільки при цих частотах стають співрозмірні активний та індуктивний опори обмоток двигуна, що приводить до різкого зменшення критичного моменту.

Рисунок 7.10 – Механічні характеристики частотно- регульованого електроприводу