12.1 Краткие теоретические сведения о частотном регулировании

Под частотным регулированием СД понимается управление статическими и динамическими режимами путем изменения амплитуды и частоты питающего статор напряжения и тока возбуждения ротора.

Существенным достоинством СД в схемах электропривода с частотным регулированием является возможность создания рабочего магнитного потока путем независимого возбуждения ротора в отличии от АД, у которых магнитное поле создается только за счет питающего напряжения и управляется только через главную цепь, передающую всю преобразованную машиной мощность. Поэтому нагрузка синхронной машины не оказывает такого влияющего воздействия на магнитный поток, как у АД, и представляется возможность более гибко управлять работой СД, изменяя не только частоту и амплитуду напряжения, но и ток возбуждения, Последнее обстоятельство позволяет расширить диапазон регулирования синхронного двигателя вплоть до ползучих частот (1-2% от номинальной частоты) при номинальных значениях момента и перегрузочной способности, не превышая допустимой нагрузки по току.

Чтобы обеспечить оптимальный режим работы СД при всех значениях частоты и нагрузки, необходимо относительное напряжение изменять пропорционально произведению относительной частоты на корень квадратный из относительного момента двигателя:

(12.1)

Под оптимальным условием работы двигателя следует понимать режим, обеспечивающий наилучшее его использование как электрической машины, то есть свойства его рабочих характеристик: потери, коэффициент мощности, КПД, нагрузки активных материалов, перегружаемость.

В СД возможно частотное регулирование частоты вращения по указанному закону. СД обладает свойством саморегулирования, то есть при изменении нагрузки СД частота вращения его остается неизменной, но меняется угол нагрузки δмежду векторами напряжения сетиUи ЭДСE_q. В частности для СД справедлив главный вывод из формулы (12.1), что при любом значении момента электромагнитные потери имеют минимум при определенном соотношении потока и тока статора.

Чтобы показать это, выразим момент СД в функции магнитного потока полюсов и тока статора:

(10.2)

Где -постоянная двигателя;

-угол между вектором тока и осью потока.

При регулировании СД с постоянной перегрузочной способностью угол , а такжеимеют постоянное значение.

В случае пренебрежения насыщением условие регулирования СД с минимальными потерями принимает вид:

(12.2)

Из (12.2) видно, что принцип минимальных потерь в применение к СД требует одновременного регулирования напряжения сети U, частоты сети f, тока возбуждения I_вв зависимости от момента нагрузки на валу.

Исходя из условий работы данного двигателя возникает необходимость поддержания постоянного момента на валу двигателя.

Регулирование при простом вентиляторном моменте, .

(10.5)

Такой закон регулирования приведен на рисунке 12.1.

Рисунок 12.1 ­­– Закон регулирования напряжения

Зависимости M,P,Iотfпри данном методе частотного регулирования показаны на рисунке 12.2

Рисунок 12.2 – Зависимости M,P,Iотf