1. Преобразователь работает в режиме источника напряжения переменной частоты и величины напряжения.

2. Преобразователь работает в режиме источника тока, переменной частоты и величины тока.

В первом случае преобразователь обычно регулируется так, чтобы отношение напряжения к частоте было бы постоянным. Из условий электрического равновесия имеем:

Можно считать, что преобразователь частоты является источником магнитного потока. Но, если магнитный поток асинхронного двигателя постоянен, то реактивный ток также будет постоянным (при постоянстве воздушного зазора), ток в роторе асинхронного двигателя будет пропорционален моменту на валу двигателя. Это хорошо для обычной эксплуатации подъемных механизмов, насосов и других механизмов подобного типа. В других случаях часто надо поднимать момент при малых скольжениях при пуске механизма, когда проявляются силы сухого трения. В таких случаях переходят на режим увеличения момента при низкой частоте. Замечательным свойством является то, что реактивный ток при этом «не вырабатывается», а «сопровождает» напряжение на выходе частотного преобразователя. Реактивный ток не чувствуется на первичной стороне частотного преобразователя, а генератор работает при косинусе фи близким к единице. Напряжение на входе частотного преобразователя при этом незначительно уменьшается за счет поворота ротора синхронного генератора относительно статора на нагрузочный угол Ɵ. Как было показано выше это уменьшение не большое, порядка 2%.

Во втором случае, когда преобразователь работает в режиме источника тока разной частоты и величины лучше употреблять более общее понятие «конвертор», что в переводе на русский язык и означает преобразователь.

Для второго случая рассмотрим физику так называемого векторного управления асинхронным двигателем, рис.40. На рис. 40 видим привычную уже картину разложения токов по продольной и поперечной оси. Но разница состоит в том, что здесь первичным является ток. Составляющая тока по продольной оси создает магнитный поток, вращающийся с заданной частотой φ относительно фаз статора. Меняя частоту вплоть до остановки магнитного потока можно плавно изменять частоту вращения вала. Меняя ток по поперечной оси q можно менять момент на валу даже при заторможенном состоянии, чтобы, например, не сломать винт судна в ледовой обстановке при встрече с большой льдиной.

Рис. 40

Здесь рассмотрена только физика векторного управления, пригодная для практического понимания процессов при указанном управлении на судне при уже готовой установке. Получение расчетных теоретических положений оставлено для изложения в специальных курсах.

Приложение

Приложение 1. Идеальная линейная машина.

Идеальной линейной машиной назовем проводник в плоскопараллельном магнитном поле. Проводник присоединяется либо к источнику напряжения, либо к источнику тока. Проводник имеет массу М, движется в различных внешних средах. Рассмотрим типовые задачи, от которых надо перейти к произвольно поставленным задачам.

Ф

U, I



Рис. П1

Задача: BLI>Mg. Какое установившееся положение займет проводник?

Ответ: по правилу левой руки появится сила направленная вверх от Земли. Сила , создаваемая током, постоянна и равна BLI . В установившемся режиме эта сила может быть уравновешена силой тяжести и силой пружины. Поэтому пружина растянется на величину (BLI-Mg)/C и далее система успокоится. Поэтому силы вязкого трения будут отсутствовать.

Задача: При тех же условиях оторвали пружину от основания (Земли).

Каково будет установившееся движение системы?

Ответ : в новых условиях избыток силы BLI-Mg может быть уравновешен за счет вязкости Среды. Поэтому провод начнет двигаться вверх со скоростью (BLI-Mg)/K.

Задача: При тех же условиях откачали вязкую среду. Как будет двигаться провод?

Ответ: в новых условиях уравновесить разность сил можно только за счет сил инерции. Поэтому провод будет двигаться с ускорением вверх

(BLI-Mg)/M.

Задача: В указанной в начале задаче поменяли источник тока на источник напряжения U. Как будет двигаться провод в установившемся режиме? Какой будет ток при этом?

Ответ: Коль скоро приложено напряжение, оно должно быть скомпенсировано противоэдс. Напряжение при указанном стрелками направлении приложено на нас. Следовательно, противоэдс будет действовать от нас. По правилу правой руки эту противоэдс может вызвать только равномерная скорость вверх. Поэтому провод и будет двигаться со скоростью, определяемой уравнением U= E=BLV.

Но , чтобы обеспечить эту скорость ток должен быть таким, чтобы скомпенсировать силу тяжести , пружины и силы вязкости.

BLI=Mg + KV + CV*t . Ускорения в этом случае нет, поэтому инерционные силы отсутствуют.

График тока должен быть таким:

I

 tg=CV/BL

(Mg+KV)/BL

t

Рис. П2

В дальнейшем целесообразно перейти к относительным единицам, которые в значительной степени упрощают логику мышления при анализе электромеханических явлений. В относительных единицах действуют правило: всё, что пропорционально, то равно. Продемонстрируем действие этого правила на известном законе Ома. Напряжение на активном сопротивлении пропорционально току. U=RI. При номинальном напряжении Un по сопротивлению будет идти и номинальный ток In, Un=RIn. Перейдем к относительным единицам, разделив одно равенство на другое.

U/Un=(RI)/(RIn)=I/In. Относительные единицы обычно (и к этому надо стремиться) обозначают малыми буквами и пишут курсивом. Поэтому в рассматриваемом случае u=i.

Исходя из этого, на основе третьего закона Ньютона и закона равновесия ЭДС при постоянстве B и L, можно написать следующие фундаментальные соотношения для абсолютных величин без учета направления действия:

Fe=Fm=фi (1)

u=e=фv (2)

Направление действия определяют по рисунку в каждом конкретном случае.

К сожалению, относительное значение силы здесь пришлось обозначить большой буквой, так как за малой буквой f прочно укрепилось обозначение частоты синусоидального напряжения.

В рамках этих соотношений, пользуясь правилами левой и правой руки можно решать целый ряд практических задач электромеханики, двадцать из которых представлены в приложении к этому материалу для самостоятельного решения и летучего контроля.