
- •Глава 6. Регулируемые электроприводы с двигателями переменного тока
- •6.1. Способы регулирования асинхронного двигателя
- •6.2. Асинхронный электропривод с частотным регулированием скорости
- •6.3. Электропривод по системе преобразователь частоты с непосредственной связью – асинхронный двигатель
- •6.4. Электропривод по системе преобразователь частоты типа автономный инвертор – асинхронный двигатель
- •6.5. Асинхронный вентильный каскад и двигатель двойного питания
- •6.5.1. Асинхронный вентильный каскад
- •Момент асинхронного двигателя равен
- •6.5.2. Двигатель двойного питания
- •6.6. Вентильный двигатель
- •6.6.1. Бесщеточный двигатель постоянного тока
- •6.6.2. Электропривод по системе транзисторный коммутатор - вентильный двигатель с постоянными магнитами
- •6.6.3. Электропривод по системе тиристорный коммутатор – синхронный двигатель
- •Контрольные вопросы
6.5.2. Двигатель двойного питания
В отличие от схем вентильного каскада, где поток энергии скольжения направлен только в одну сторону – от ротора двигателя к инвертору и далее в питающую сеть, в схемах двигателя двойного питания в цепь ротора включается преобразователь (рис.6.20), обеспечивающий двухсторонний обмен энергией, как от ротора двигателя в питающую сеть, так и от сети в обмотки ротора асинхронного двигателя. Таким преобразователем является преобразователь частоты с непосредственной связью. При этом добавочная э.д.с., вводимая в цепь ротора, может быть направлена как против э.д.с. ротора, согласно с ней или под некоторым углом (π-δ). В общем случае
.
Ток ротора будет определяться из уравнения равновесия напряжений в контуре ротора
.
Активная и реактивная составляющие тока ротора будут равны:
(6.26)
В этих формулах: Е2, Е2н – текущая и номинальная (при s=1) э.д.с. ротора;
.
Активная составляющая тока ротора определяет момент двигателя М и механическую мощность двигателя
.
Реактивная составляющая тока ротора определяет реактивную мощность, циркулирующую в статорной и роторной цепях двигателя
.
Равенства (6.26)
показывают, что, регулируя величину и
фазу добавочного напряжения
,
вводимого в цепь ротора, можно управлять
активной и реактивной мощностями
двигателя. Из этого положения также
следует, что при соответствующих
значенияхU2
и δ
активная составляющая тока ротора может
быть отрицательна при положительных
скольжениях s>0
и положительна при отрицательных
скольжениях s<0.
Это означает, что в системе двойного
питания асинхронный двигатель может
работать в несвойственных ему в обычных
схемах включения режимах: генераторном
при скорости ниже синхронной и двигательном
при скорости выше синхронной. Энергетические
диаграммы для указанных режимов приведены
на рис.6.21,а.
Направление потока энергии в режиме генераторного торможения при скорости ниже синхронной противоположно тому, какое было в двигательном режиме (см. рис.6.16).
Мощность торможения
Рмех
в рассматриваемом случае недостаточна
для создания электромагнитной мощности
Рэм,
поэтому из сети через трансформатор и
роторный преобразователь забирается
и направляется в ротор двигателя
недостающая мощность, пропорциональная
скольжению
.
Сумма механической мощности, поступающей
с вала, и мощность скольжения
образует
электромагнитную мощность, которая
рекуперируется в питающую сеть. Отдаваемая
в сеть мощность равна разности
рекуперируемой мощности, отдаваемой
по цепи статора, и мощности, забираемой
со стороны трансформатора
.
В двигательном режиме при скорости выше синхронной (рис.6.21,б) в роторную цепь двигателя добавляется мощность скольжения, забираемая из сети со стороны трансформатора. Она складывается с электромагнитной мощностью, поступающей в двигатель со стороны статора. Сумма этих мощностей преобразуется в механическую мощность на валу двигателя, обеспечивая работу двигателя с моментом М при скорости выше синхронной
.
Заметим, что, несмотря на то, что скольжение в этом случае отрицательно, двигатель развивает двигательный момент.
В обоих рассматриваемых режимах преобразователь частоты работает таким образом, что энергия от трансформатора поступает в ротор двигателя, т.е. двигатель питается как со стороны статора, так и ротора.
Поскольку частота
f2
э.д.с. и тока ротора определяется
скольжением двигателя
,
то и частота добавочной э.д.с.Uдоб,
вводимой в цепь ротора, должна совпадать
с частотой э.д.с. ротора и изменяться
при изменении скольжения двигателя.
Максимально
возможный диапазон регулирования
скорости вниз и вверх от синхронной
определяется двумя параметрами -
возможными максимальными значениями
частоты f2
и напряжения Uдоб.макс
на выходе преобразователя частоты,
служащего для питания цепи ротора.
Максимальный диапазон регулирования
скорости будет равен
.
Абсолютное значение максимального скольжения равно
.
Так как преобразователь
частоты с непосредственной связью, как
правило, обеспечивает регулирование
частоты в пределах 20 Гц (при частоте
питания 50 Гц), чему соответствует
максимальное скольжение
,
то максимальный диапазон регулирования
скорости двигателя двойного питания
будет равен
.
Регулирование
скорости в схеме двигателя двойного
питания производится изменением величины
и знака относительного значения
добавочной э.д.с.
,
при этом частота на выходе преобразователя
автоматически поддерживается равной
частоте тока ротора. Механические
характеристики двигателя двойного
питания приε=0,2
приведены на рис.6.22. Пуск двигателя до
значения минимальной рабочей скорости
производится так же, как и в схемах
вентильного каскада (см. рис.6.19).
Основным достоинством схем вентильного каскада и двигателей двойного питания является высокий кпд, сохраняющийся при регулировании скорости в заданном диапазоне. Поскольку эти системы регулируемого асинхронного привода имеют ограниченный диапазон регулирования, как правило, не выше 2:1, то эти системы применяются, главным образом, для привода мощных (выше 250 кВт) турбомеханизмов: вентиляторов, центробежных насосов и других машин.