22 Система “регулятор напряжения – асинхронный

электродвигатель (система РН – АД)

Полупроводниковые регуляторы напряжения при регулировании величины напряжения искажают синусоидальную форму кривой. В результате на выходе регулятора напряжения, кроме первой, присутствуют и высшие гармоники. Но электромагнитный момент АД определяется первой гармоникой напряжения. Влияние высших гармоник невелико и им можно пренебречь при оценке электромеханических свойств электропривода в установившемся режиме. В основном высшие гармоники напряжения создают дополнительные потери мощности и помехи в системе управления и регулирования. Уровень помех от высших гармоник регламентируется национальными и международными стандартами. Кроме того, обычно регулятор напряжения имеет нелинейную регулировочную характеристику.

В дальнейшем рассмотрении системы РН – АД мы будем учитывать линеаризованные характеристики всех элементов, составляющих систему электропривода.

Здесь уместно заметить, что система РН – АД применяется часто не для регулирования скорости, а для уменьшения постоянных потерь мощности (в стали DР_ст.1 и на намагничивание DР_m ) при нагрузках двигателя, близких к холостому ходу. В этом случае напряжение U₁ на статоре АД изменяется по закону

(8.34)

что обеспечивает постоянную перегрузочную способность двигателя и снижение потерь мощности

(8.35)

при моментах М<М_ном .

Несмотря на некоторое увеличение потерь от высших гармоник, использование закона (8.34) регулирования напряжения АД в функции момента (или тока статора) позволяет получить значительную экономию электроэнергии в масштабах страны, поскольку асинхронные двигатели потребляют при­мерно 90% электроэнергии, идущей на питание всех электродвигателей, или, по-другому, примерно 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Поэтому данный способ энергосбережения широко применяется в настоящее время и он еще не исчерпал все свои возможности.

Что касается регулирования скорости АД при уменьшении напряжения питания U₁ и постоянной частоте f₁=f_1ном , то вследствие неудовлетворительных механических характеристик АД в разомкнутых системах применяются, главным образом, замкнутые системы РН – АД с отрицательной обратной связью по скорости (рис.8.6). Напряжение, поступающее на обмотку статора АД, можно записать в виде

(8.36)

где К_рн , К_рс – коэффициенты усиления регулятора напряжения РН и регулятора скорости РС,

К_ос – коэффициент обратной связи по скорости (крутизна характеристике тахогенератора ТГ),

U_з – задающее напряжение.

Электромагнитный момент пропорционален квадрату напряжения:

(8.37)

где М_е(s) – момент АД на естественной механической характеристике при данном скольжении s. При работе АД в системе РН – АД с U_з=const можно линеаризовать зависимость момента от напряжения, приняв

(8.38)

где

(8.39)

Определяем U₁ из (8.38) и подставляем в (8.36):

(8.40)

откуда получаем уравнение линеаризованной механической характеристики АД в замкнутой по скорости системе РН – АД:

(8.41)