62. Автоматизированные электроприводы переменного тока с машинами двойного питания.

В ряде классификаций асинхронного электропривода с машинами двойного питания принято относить к широкому классу каскадных электроприводов.

Общие признаки МДП с КЭП:

1. В качестве электромеханического преобразователя используется АД с фазным ротором.

2. Энергетическая связь между ротором и питающей сетью, возможность рекуперации энергии в сеть.

Отличительные признаки МДП с КЭП:

1. Другие выходные механические характеристики.

2. Другие энергетические режимы.

рис.44

Если статор асинхронного двигателя с фазным ротором подключить к питающей сети переменного тока и напряжения, а ротор подключен к источнику переменного тока с изменяющейся частотой, амплитудой и фазой, то можно плавно регулировать скорость электродвигателем в широких пределах. При этом момент который может развивать электродвигатель складывается из трех составляющих:

1. Момент при питании двигателя со стороны статора и замкнутой накоротко обмотке ротора;

2. Момент при питании двигателя со стороны ротора и замкнутой накоротко обмотке статора;

3. Синхронизирующий момент, зависящий от потока возбуждения со стороны ротора, а также от напряжения и фазы ротора. ( частота напряжения подводимого со стороны статора и ротора соответственно; частота вращения ротора).

Режимы работы АЭП с МДП:

1. при в этом случае электропривод будет работать в режиме синхронной машины с угловой скоростью ω₀, которая определяется частотой и связано с частотой статора (синхронный режим ЭП).

2. при , а в этом случае скорость вращения ротора регулируется за счет изменения частоты напряжения питающего ротор и не зависит от нагрузки на валу (синхронный режим ЭП).

3. при , а - асинхронный режим работы ЭП.

Автоматизированные электроприводы переменного тока с машинами двойного питания в синхронном режиме.

На вход ПЧ, питающую роторную цепь МДП подается напряжение с частотой от промышленной сети через фазовращатель с помощью которого можно управлять фазой напряжения на выходе ПЧ. РН предназначен для регулирования напряжения на выходе ПЧ. В качестве ПЧ используют амплитудные АПЧ в силу ряда преимуществ таких преобразователей по сравнению с двухзвенными ПЧ.

рис.46 Работа схемы в синхронном режиме:

1.) . Синхронный режим с нерегулируемой скоростью.

Электропривод работает аналогично синхронному электроприводу с некоторой угловой частотой, которая будет меньше синхронной скорости ω_0. Если U₂ по фазе отстает от U₁, то такой режим соответствует двигательному режиму.

рис.47

Если с помощью фазовращателя изменить фазу ψ₂ так, чтобы напряжение, подаваемое на ротор, опережало напряжение, подаваемое на статор, то машина будет работать в генераторном режиме.

2.) , а

рис.48 рис.49

Предположим, электропривод работает с некоторой постоянной частотой . Чтобы уменьшить угловую скорость МДП необходимо увеличить и одновременно поворотом вектора напряжение U₂ обеспечить отрицательный электромагнитный момент М, что приведет к замедлению электропривода. Уменьшение скорости будет происходить до тех пор, пока не наступит установившейся режим, при котором имеет место равновесие между электромагнитным моментом МДП и моментом нагрузки.

Для увеличения угловой скорости МДП необходимо уменьшить и одновременно поворотом вектора напряжение U₂ обеспечить положительный электромагнитный момент М, что приведет к разгону электропривода до новой установившейся скорости. Изменяя фазу, вводимого в ротор напряжения можно при соответствующей нагрузке заставить работать МДП в генераторном режиме.

рис.50

При работе в ДР в регулируемом синхронном режиме он потребляет из сети мощность Р₁. Такой режим называется двигательный синхронный режим при подсинхронной скорости.

Изменяя фазу U₂ чтобы угол θ, стал меньше заставить электропривод работать в генераторном режиме со скоростью меньше синхронной при тех же частотах . При этом энергия скольжения изменит свое направление, при этом сумма мощностей будет равна . Обмотки МДП могут быть включены так, что . Это достигается за счет изменения порядка чередования фаз напряжения вводимого в цепь ротора. Машина работает в ДР с скоростью больше синхронной.

При работе в генераторном режиме

_{рис.51 рис.52}

Электропривод с МДП в синхронном режиме может работать в двигательном и генераторном режиме с нерегулируемой ω , как синхронная машина при со скоростью при , в двигательном режиме со скоростью меньше синхронной, в генераторном режиме с ω меньше синхронной при ,в двигательном режиме с ω больше синхронной и в генераторном режиме ω больше синхронной при

Для реализации этих режимов необходимо наличие преобразователя, обладающего двухсторонней проводимостью, что обеспечивает циркуляцию Р_S в обоих направлениях и обеспечивает бесконтактное изменение последо­ватель­ности чередования фаз. Всем этим условиям удовлетворяет НПЧ.

В установившемся режиме для всех перечисленных вариантов работы МДП скольжение сохраняется, неизменным, а устойчивость работы определяется характеристикой изменения угла рассогласования θ.

Автоматизированные электроприводы переменного тока с машинами двойного питания в асинхронном режиме.

рис.53

где ДЧВ – датчик частоты вращения (по скорости ротора);

Фв – фазовращатель;

РН – регулятор напряжения;

ФНЧС – формирователь напряжения и частоты вращения;

СУ – система управления.

На одном валу с асинхронной машиной (МДП) установлен датчик частоты вращения, который представляет из себя тахометр с возбуждением от постоянных магнитов и числом полюсов равным числу полюсов асинхронной машины. ДЧВ одновременно служит датчиком углового положения ротора. На входе блока ФНЧС подаются сигналы:

1. с частотой питающей сети через блоки Фв и РН, которые соответственно изменяют начальную фазу φ₂ со стороны питания ротора и его амплитуды.

2. подается от ДЧВ с частотой . На входе блока ФНЧС формируется синусоидальное напряжение частота которого т.е. которая в свою очередь зависит от механической нагрузки на валу двигателя.

Регулирование угловой скорости МДП в этом режиме осуществляется при отсутствии воздействия регулирующего ток на , изменение фазу с помощью ФВ и амплитуды с помощью РН. Благодаря введению обратной связи по положению ротора с помощью ДЧВ устойчивость работы электропривода будет определятся характером изменения скольжения.

рис.54

Так же как и в асинхронном режиме в асинхронном режиме МДП может работать в двигательном режиме с ω больше и меньше синхронной, в генераторном режиме с ω больше и меньше синхронной.

Д регулирования в приводах с МДП ≈ 3:1 при расширении диапазона существенным образом увеличивается установленная мощность системы.

Достоинства:

• Регулирование плавное;

• Экономичность(за счет полезного использования энергии скольжения);

• Характеристики жесткие;

• Стабильность высокая (автономное регулирование U и φ ротора);

• Высокий cosφ.

При двухзвенном регулировании ротор долен иметь повышенную механическую прочность.

Недостатки: Дороговизна.

При выборе мощности для такого электропривода необходимо учитывать также возможность регулирования реактивной мощности со стороны статора. Режим полной компенсации реактивной мощности со стороны статора требует увеличения номинального тока ротора т.е. увеличения габаритов серийно выпускаемой машины. Для двигателей мощностью 1000÷5000 МВт приведет к увеличение габаритов 2÷5 % соответственно.