С частотным регулированием

3.1 Принцип и законы частотного регулирования

Частотный способ регулирования скорости асинхронных двигателей является наиболее экономичным с точки зрения потерь энергии.

Возможность частотного регулирования основана на том, что скорость вращения магнитного поля пропорциональна частоте переменного тока:

Для изменения частоты переменного тока на выводах статора АД между сетью и статором должен быть включен преобразователь частоты, который кроме выходной частоты должен регулировать напряжение на статоре. Эта необходимость вытекает из уравнения равновесия статора:

U₁ = -E₁ +I₁ Z₁

Пренебрегая падением напряжения на сопротивлениях статора получим:

U₁≈ E₁ = 4,44 f₁ Ф∙w₁∙к_об1

Если напряжение U₁ = const, то при уменьшении частоты магнитный поток Ф должен увеличиваться, что невозможно из-за насыщения магнитной системы двигателя. Отсюда следует, что частота и напряжение должны регулироваться совместно.

Основной закон частотного регулирования сформулирован в 1925г советским ученым М. П. Костенко. Этот закон исходит из требования, чтобы при любой скорости вращения перегрузочная способность двигателя должна оставаться постоянной:

, γ= =сonst ;

где: M_K1 M_K2к2 - критические моменты при разных скоростях вращения

Мс1 и Мс2 – моменты сопротивления на валу при тех же скоростях.

Пренебрегая сопротивлением статора r1, получаем:

При различных механических характеристиках механизмов получаются частные законы. Так, при вентиляторной нагрузке, когда Мс=А , имеем:

При наиболее распространенной нагрузке с постоянным моментом получаем:

Эта зависимость на графике рис. 3.1 а изображена прямой 1. Теоретически при таком регулировании магнитный поток и критический момент Мк должны оставаться постоянными Однако из-за падения напряжения на сопротивлении r1 магнитный поток снижается быстрее чем частота и напряжение. В результате при низких скоростях критический момент существенно уменьшается ( Рис.3.1.б )

а) б)

Рис3.1 Изменение напряжения в зависимости от частоты а)., механические характеристики двигателя при разных частотах при регулировании по прямой 1

Для частичного уменьшения этого влияния напряжение на статоре уменьшают медленнее чем частоту (пропорциональное регулирование с IR компенсацией. ((прямая 2 на рис 3.1. а ).

При увеличении выходной частоты напряжение на выходе преобразователя чисто по техническим причинам не может увеличиваться сверх номинального значения. Поэтому увеличение частоты сверх номинальной будет происходить при постоянном выходном напряжении преобразователя (прямая 3 на рис 3.1. б). Это приведет к уменьшению магнитного потока и, как следствие, к снижению критического момента при скоростях вращения выше номинальной.. Критический момент в этом случае уменьшается пропорционально .

Системы управления современных преобразователей проектируются с широким использованием микропроцессорной техники, что позволяет реализовывать еще более сложные законы регулирования.

3.2 Принципы построения преобразователей частоты

. В настоящее время в электроприводе применяются только статические преобразователи частоты. По принципу действия они делятся на преобразователи с непосредственной связью и на преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока, которые получили наибольшее применение в электроприводе.

3.2. Преобразователи частоты

с промежуточным звеном постоянного тока.

Преобразователи этого типа не имеют ограничений по выходной частоте. Она может быть как ниже, так и выше частоты питающей сети . Как следует из названия, в таком преобразователе переменное напряжение питающей сети

сначала выпрямляется, а затем преобразуется в переменное напряжение регулируемой частоты Отсюда вытекает структура преобразователя частоты показанная на рис. 3.2. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в постоянное с помощью выпрямителя УВ, сглаживается LC фильтром, а затем вновь преобразуется в переменное с помощью устройства, называемого автономным инвертором.

Рис.3.2. Структура преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока

Как известно из главы 1 в качестве инвертора может использоваться управляемый выпрямитель в приводе постоянного тока, когда двигатель работает в тормозном режиме и энергия торможения возвращается в сеть.

Преобразователь в этом случае называют зависимым инвертором, или инвертором, ведомым сетью. Это название обусловлено тем, что такой инвертор может работать только на мощную сеть переменного напряжения и вентили (тиристоры) в нем запираются естественным образом под действием изменяющего полярность напряжения питающей сети.

Автономный инвертор может работать на нагрузку, не содержащую переменную эдс. Для этого автономный инвертор должен выполняться на полностью управляемых вентилях, например, на транзисторах, переключаемых из проводящего состояния в непроводящее в определенном порядке системой управления. Или могут для той же цели применяться тиристоры, но тогда инвертор должен иметь дополнительные устройства для принудительного запирания тиристоров. Автономные инверторы подразделяются на инверторы напряжения и на инверторы тока. Наибольшее применение нашли инверторы напряжения.