2.8.7. Частотное регулирование скорости электрических машин

Частотное регулирование скорости возможно у асинхронных и синхронных электрических машин и осуществляется исходя из соотношения

Однако при частотном регулировании скорости асинхронных машин необходимо учитывать следующее: величина ЭДС Е₁ обмотки статора, определяемая как

(2.72)

пропорциональна частоте f и магнитному потоку Ф. Если пренебречь падением напряжения в статорной цепи, то

(2.73)

Следовательно, при U = const и f = var происходит изменение магнитного потока асинхронной машины, что при уменьшении частоты ведет к увеличению Ф, то есть к насыщению машины, увеличению ее тока намагничивания, а значит, к ухудшению условий ее нагрева. Кроме того, так как момент асинхронного двигателя пропорционален его магнитному потоку, то изменение последнего влечет за собой изменение перегрузочной способности двигателя в процессе регулирования. Поэтому наиболее целесообразным является изменение в процессе регулирования, наряду с частотой, и напряжения питания асинхронного двигателя.

Закон совместного изменения частоты и величины напряжения питания выбирается из условия получения постоянной перегрузочной способности 1, а именно

, (2.74)

где U_i , U_н – i–е и номинальное значения напряжения питания соответственно;

f_i , f_н – i-е и номинальное значения частоты соответственно;

М_с, М_н – статический и номинальный моменты соответственно.

Из (2.74) видно, что закон изменения напряжения питания определяется не только законом изменения его частоты, но и характером изменения статического момента М_с (), то есть формой механической характеристики механизма. Как указывалось выше, наиболее типичными являются три варианта изменения статического момента

1. то есть статичеcкий момент не зависит от скорости, регулирование осуществляется при постоянном моменте.

2. то есть - регулирование при постоянной мощности.

3. - регулирование при вентиляторном моменте.

Исходя из (2.74) для первого случая при М_с = const закон совместного изменения величины и частоты напряжения описывается следующим образом:

(2.75)

При этом семейство механических характеристик имеет вид, приведенный на рис.2.30.

Рис.2.30. Механические характеристики при частотном

регулировании скорости при постоянном моменте

Если регулирование производится при постоянной мощности, то

(2.76)

Семейство механических характеристик для этого случая приведено на рис.2.31.

При вентиляторном моменте

(2.77)

Семейство характеристик для этого случая приведено на рис.2.32.

Рис.2.31. Механические характеристики при частотном

регулировании скорости при постоянной мощности

Рис.2.32. Механические характеристики при частотном

регулировании скорости при вентиляторном моменте

Необходимо помнить, что при определении законов совместного изменения напряжения и частоты не учитывалось активное сопротивление статорной цепи, то есть (2.75) – (2.77) справедливы для двигателей сравнительно большой мощности. В противном случае они требуют корректировки.

Уравнение (2.41) механической характеристики асинхронной машины было выведено для номинальной частоты напряжения питания.

При изменении частоты пропорционально ей изменяются и индуктивные сопротивления двигателя, а именно:

где – относительная частота напряжения питания.

Здесь и далее нижним индексом « н » отмечены параметры при номинальной частоте ( f_н = 50Гц ) напряжения питания.

Тогда из (2.41) получаем уравнение механической характеристики при частотном регулировании скорости двигателя, которым следует пользоваться при расчетах систем, где f = var:

. (2.78)

К настоящему времени, благодаря появлению и серийному выпуску статических преобразователей, этот способ регулирования скорости асинхронных и синхронных машин получил наиболее широкое распространение. Его практическая реализация осуществлена в системе управляемый преобразователь частоты – асинхронный (синхронный) двигатель, которая состоит из синхронного или короткозамкнутого асинхронного двигателя и преобразователя частоты (ПЧ). Более подробное описание преобразователей частоты приведено ниже.