книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

якоря с плюсом на верхней обкладке. Прн открывании основного тирпстора 7\ подается напряжение на двига­ тель и одновременно через открытый Тх происходит пере­ заряд конденсатора по цепи, включающей колебательный коммутирующий контур с отсекающим диодом Д к. В ре­ зультате Ск перезаряжаетсяс минусом на верхней обкладке.

некоторые недостатки. Одним из существенных недостат­ ков является пульсация тока якоря, приводящая к до­ полнительному нагреву двигателя. Из (5-80) и (5-81) можно найти двойную амплитуду пульсаций тока якоря'

Переходя в этом выражении к разложению в ряд экспоненциальных функций и учитывая (5-78) и (5-79), находим:

300

Из приведенного выражения видно, что амплитуда пульсаций зависит от у и не зависит от загрузки двига­

ствующих у = О и у — 1, т. е. когда по-существу нет импульсного режима.

Для наиболее простой оценки действующего значения тока можно представить его состоящим из постоянной составляющей, равной среднему значению тока, и сину­ соидальной с частотой (ок= 2 л /к п амплитудой, равной поло­ вине двойной амплитуды, т. е.

Полученное выражение еще раз подтверждает сделан­ ный ранее вывод о целесообразности' увеличения /,:, так как в этом случае улучшается использование двигателя и снижаются дополнительные потери мощности за счет уменьшения пульсаций тока якоря.

Другим недостатком рассмотренной схемы рис. 5-59 является невозможность осуществления тормозного ре­ жима, еслп не считать режима динамического торможения при у = 0 и сложность реверсирования привода. Данный недостаток относительно просто устраняется путем ис­ пользования в схеме дополнительных ключей.

На рис. 5-64, а показала схема нереверсивного электропривода с ИРН, в которой возможен режим рекуперативного торможения. Схема содержит два управ­

схемы на рис. 5-64, б—г показаны диаграммы изменения тока якоря соответственно прп работе в двигательном режиме, когда / ср > 0 , в режиме, близком к холостому

301

Работа схемы при двигательном режиме в принципе ничем не отличается от работы схемы па рис. 5-59. На интервале времени якорь двигателя подключей к сети, в связи с чем его ток растет; на интервале /2 цепь якоря замкнута через диод Д2, и под действием э. д. с. самоиндукции

вней продолжает проходить ток

впрежнем направлении в соот­

своего направления и проходит через диод Д7, замыкаясь через источник пптапия с напряжением Uc. На интервале' 2—3 ток якоря направлен навстречу напряжению сети, т. е. имеет место рекуперация энергии в сеть. Начиная с точки 3, когда г'я = 0, ток вновь изменяет свое направление.

В случае режима рекуперативного торможения, диа­ грамма тока для которого приведена на рис. 5-64, г, на

302

интервале t2цепь якоря замыкается через К2. В этот период растет абсолютная величина тормозного тока. На ин­ тервале ty ключ Ко разомкнут н под действием э. д. с. самоиндукции энергия, запасенная в электромагнитном иоле в течение предыдущего интервала времени, пере­ дается в сеть. При этом ток якоря, направленный навстречу Uс, проходит через Д 1 .

Анализ работы схчзмы на рис. 5-64, а показывает, что в связи с вентильными свойствами ключей возникает

этом рисунке штрих-пунктирной линией выделена зона пе­ ременного тока, показанного на рис. 5-64, в. Очевидно, что правая ветвь границы переменного тока полностью сов­ падает с граничной кривой начально-непрерывного тока, определяемой (5-82) и (5-83). Уравнение левой ветви гра­ ницы переменного тока (генераторный режим) может

Абсолютная величина граничного тока при этом ос­ тается такой же, как и в двигательном режиме, и опреде­ ляется по (5-83).

На рис. 5-66, а показана схема реверсивного электро­ привода с ИРН. Четыре ключа Кх, К2, К3, включены

303

по мостовой схеме, на одну из диагоналей которой подается напряжение источника питания, а к другой диагонали подключен якорь двигателя. В этой схеме возможны два варианта режимов работы ключей. В первом варианте ключи Кх и К3 работают одновременно, а ключи К 2 и Ki— в противофазе с н и м и , т . е. если на первом интервале tL замкнуты К1 и К3 и верхний зажим якоря соединен с по­ ложительным полюсом, то на втором интервале t2 при замкнутых К2 и Кх к верхнему зажиму якоря будет прн-

LL

*

ti ч

г

6)

Рис. 5-66. Принципиальная схема реворспвиого электропривода с ИPH (а) и диаграмма изменения напряжения па якоре двигателя (о)

при одновременной коммутации ключей It\,

Н3 и К,, Я,.

соединен отрицательный полюс сети. Очевидно, что прп указанной работе ключей среднее напряжение на зажимах двигателя равно:

Отсюда уравнения скоростной и механической харак­ теристик могут быть представлены в виде

304

обратить внимание, что в данном случае под у понимается относительное время замкнутого состояния ключей Кг и К3, т. е. у1|3; соответственно для ключей К2 и Кл у,г 1 —

- 1 — Yi,*-’

На рис. 5-67, а показаны механические характеристики рассматриваемого электропривода. На этом рисунке пунк­ тирными линиями выделена зона переменного тока. Для

Рис. 5-67. Скоростные (.механические) характеристики ревер­

определения граничного значения знакопостоянного тока можно воспользоваться тем же методом, который был использован при выводе (5-82) и (5-82а). Однако при этом следует учесть, что при рассматриваемом здесь способе коммутации ключей

305

Сопоставление (5-91) с (5-83) показывает, что в данном случае при одном и том жо значении у граничный ток оказывается в 2 раза больше, чем в случае подключения якоря двигателя к источнику с постоянной полярностью напряжения. Для рассматриваемой схемы также в 2 раза возрастает и пульсация тока. Действительно, из (5-78а) и (5-79а) следует:

7(1—V)

TnfK '

(5-92)

Всвязи с этим заметно увеличиваются потери энергии

вцепи якоря двигателя. С целью уменьшения потерь в.схеме рис. 5-66, а может быть изменена последователь­ ность коммутации ключей. Для одного направления

вращения включаются в противофазе ключи К 1 и К л при постоянно закрытом К3 н открытом К.,. При этом получается схема, аналогичная схеме на рис. 5-64, а, когда якорь подключается к однополярному источнику питания. Для получения обратного направления вращения включаются в противофазе ключи К 2 и К3 при постоянно закрытом К ,j п открытом К 1. Соответствующие механиче­ ские характеристики показаны на рис. 5-67, б. Ширина зоны переменного тока н уровень пульсаций тока для рассматриваемого варианта такие же, как и для схемы нереверсивного электропривода на рис. 5-64, а, но при этом несколько усложняется схема управления ключами.

Г л а в а ш е с т а я

ЧАСТОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

6-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Применение частотного регулирования скорости зна­ чительно расширяет возможности использования асин­ хронных электроприводов в различных отраслях промыш­ ленности. В первую очередь это относится к установкам, где производится одповремеппое изменение скорости не­ скольких асинхронных двигателей, приводящих в дви­ жение, например, группы текстильных машин, конвейе­

306

ров, рольгангов и т. гг. Используется частотный принцип регулирования скорости асинхронных двигателей гг в шгднвпдуальных установках, особенно в тех случаях, когда необходимо получить от механизма высокие угловые скорости, например, для центрифуг, шлифовальных стан­ ков и т. д. Питание асинхронных двигателей осуществ­

Возможность изменения скорости асинхронного дви­ гателя при регулировании частоты Д следует непосредст­ венно из выражения

со0 = 2я;Д/р,

из которого видно, что синхронная скорость асинхронного двигателя прямо пропорциональна частоте напряжения статора. При регулировании частоты возникает также необходимость регулирования напряжения источника пи­ тания. Действительно, э. д. с. обмотки статора асинхрон­ ного двигателя пропорциональна частоте и потоку

С другой стороны, пренебрегая в первом приближении падением напряжения на сопротивлениях обмотки ста­

тора, т. е. полагая Д£Д = Д УЩ + Х1*=*=*0, можно запи­ сать:

и г ^ Е г

или с учетом (6-1)

(6-2)

Из приведенного выражения следует, что при неизмен­ ном напряжении источника питания U1 и регулировании его частоты изменяется магнитный поток асинхронного двигателя. В частности, уменьшение частоты Д приводит к возрастанию потока и как следствие к насыщению ма­

а в ряде случаев и с его недопустимым нагревом. Увели­ чение частоты Д приводит к снижению потока двигателя, что при постоянном моменте нагрузки па валу в соответ­ ствии с выражением М = кФ1« cos ср., приводит к возра­ станию тока ротора, т. е. к перегрузке его обмоток по току при недоиспользованной стали. Кроме того, с этим связано снижение максимального момента и перегрузочной способности двигателя.

Для наилучшего использования асппхрониого двига­ теля при регулировании скорости изменением частоты необходимо регулировать напряжение одновременно в функции частоты и нагрузки.

Регулирование напряжения лишь в функции одной частоты с учетом характеристики механизма может быть реализовано в разомкнутых системах частотного управ­ ления.

Регулирование напряжения в фупкцпп нагрузки можно осуществить, как правило, лишь в замкнутых системах, в которых при использовании обратных связей напряже­ ние прп данной частоте может изменяться в зависимости от нагрузки.

Изменение частоты источника питания позволяет регу­ лировать скорость асинхронного двигателя как выше, так п ниже основной. Обычно прп регулировании выше основ­ ной скорости частота источника питания превышает номинальную не более чем в 1,5—2 раза. Указанное ограничение обусловлено прежде всего прочностью креп­ ления обмотки ротора. Кроме того, с ростом частоты питания заметно увеличиваются величины мощности по­ терь, связанные с потерями в стали статора. Регулирова­ ние скорости вниз от основной, как правило, осуществ­ ляется в диапазоне до 10—15. Нижний предел частоты ограничен сложностью реализации источника питания с низкой частотой, возможностью неравномерности вра­ щения и рядом других факторов. Таким образом, частот­ ное регулирование скорости асинхронного двигателя может осуществляться в диапазоне до 20—30. Использование

308

двигателей специальной конструкции дает возможность расширить диапазон регулирования за счет увеличения верхнего предела скорости. Нижний предел скорости может быть уменьшен путем введения в схему управления различных обратных связей.

Если при регулировании частоты напряжение изме­ няется таким образом, что Ф = const, то допустимый момент на валу асинхронного двпгателя прп частотном регулировании скорости также будет неизменным

(Л/доп = const).

С-2. ЗАКОН ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ЧАСТОТНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ СКОРОСТИ

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

При выборе соотношения между частотой п напряже­ нием, подводимым к статору асинхронного двигателя, чаще всего исходят из условия сохранения перегрузочной способности асинхронного двигателя, т. е. кратности критического момента к моменту статической нагрузки, для любой из регулировочных механических характери­ стик:

X = Y r —const.

МQ

Из (2-54), пренебрегая падением напряжения на об­ мотке статора п учптырая, что .гк = f x п со0 = /х, можно найти:

Ш(Ц'к U

где А — коэффициент, не зависящий от напряжения п частоты.

Тогда для любой частоты / 1;- источника пптания и со­ ответствующей ей угловой скорости coj можно записать:

309