9. Су эп переменного тока
В регулируемых электроприводах переменного тока используют асинхронные двигатели (АД) с короткозамкнутым и фазным ротором, синхронные и вентильные двигатели. При этом применяются различные способы регулирования скорости электродвигателя путем изменения напряжения статора, частоты и напряжении статора, частоты и напряжения ротора, добавочного сопротивления в цепи ротора и др. Используется значительно большее число регулируемых координанат, нежели в электроприводах постоянного тока, и, соответственно, множество силовых преобразовательных устройств, различающихся и конструктивными решениями, и способами управления. Все эти обстоятельства затрудняют формирование общих подходов к синтезу СУ ЭП переменного тока. Ниже рассмотрены основные способы управления АД, принципы построения силовых преобразовательных устройств, питающих асинхронные электродвигатели, а также систем управления наиболее распространенными в промышленности АД с короткозамкнутым ротором.
9.1. Способы управления асинхронным двигателем
Для управления АД с короткозамкнутым ротором применяют два основных подхода: фазовое управление и частотное управление.
П
ервый
подход базируется на изменении угла
отпирания тиристоров реверсивного
управляемого выпрямителя, подключенного
к цепи статора (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Функциональная схема СУ ЭП с фазовым управлением
Обозначения:
-
заданное действующее значение напряжения
статора;
- угол отпирания тиристоров;
СИФУ – система импульсно-фазового управления.
При фазовом управлении тиристорами изменяется, по сути, средневыпрямленное напряжение полуволн питающей сети при постоянстве частоты питающей сети. Отсюда недостатки такого способа регулирования:
1.
снижение критического электромагнитного
момента
АД при уменьшении
напряжения статора
,
причем в квадратичной зависимости
, (9.1)
где 
, (9.2)
- э.д.с. асинхронной машины,
- число витков обмотки статора,
-
магнитный поток,
-
частота напряжения статора,
-
угловая скорость вращения поля статора;
2. малый диапазон регулирования скорости в силу значительного снижения электромагнитного момента на малых скоростях;
3. увеличение потерь в АД, поскольку помимо первой гармоники напряжение питания статора содержит высшие гармонические составляющие.
Указанные недостатки ограничивают область применения силовых преобразователей с фазовым управлением - только для регулирования скорости маломощных АД, либо в качестве устройств плавного пуска АД.
Второй подход базируется на принципе частотного управления АД. Как следует из (9.2) при уменьшении частоты питающего напряжения необходимо одновременно изменять и напряжение статора, чтобы избежать насыщения магнитной цепи при увеличении магнитного потока . В связи с этим различают несколько способов (законов) частотного управления:
1. пропорциональное управление (закон Костенко) при обеспечении
; (9.3)
2.
управление с постоянным максимально
допустимым моментом нагрузки или
магнитным потоком (с
-
компенсацией падения напряжения в
обмотках статора) при
;
(9.4)
3. квадратичное управление (управление с постоянной мощностью АД) при
или
. (9.5)
Механические характеристики АД, соответствующие этим законам управления, приведены на рис. 9.2.
Р
ис.
9.2. Механические характеристики АД при
различных законах частотного управления
Закон пропорционального управления целесообразен при вентиляторном характере нагрузки (вентиляторы, дымососы, компрессоры), закон с - компенсацией – при постоянстве момента нагрузки (лифты, подъемники), закон квадратичного управления – при постоянстве мощности электропривода (тяговый электротранспорт).
Специфическими разновидностями частотного управления являются частотно-токовое управление и векторное управление. В первом случае управляют частотой и амплитудой тока статора. При этом преобразователь частоты рассматривается как источник переменного тока. Во втором случае оптимальное управление АД достигается изменением амплитуды, фазы и частоты векторов тока и потокосцепления.