14.2 Законы частотного регулирования

Законы частотного регулирования АД, то есть зависимости изменения при различном изменении статического момента на валу двигателя, выводятся из условия сохранения неизменной перегрузочной способности АД, то есть из условия .

Так как в соответствии с (14.1) , то для любой частоты f1i и соответствующей ей можно записать, что , где - момент статической нагрузки при скорости ωi.

Для двух различных частот (fi и fк) при частотном регулировании неизменная перегрузочная способность АД () может быть представлена следующим образом:

, или используя (14.1):

, откуда

, или .

Используя для записи последнего соотношения относительные единицы, то есть, считая , и , получим

. (14.3)

Таким образом, доказано, что для сохранения неизменной перегрузочной способности АД необходимо при частотном регулировании менять напряжение на статоре не только в функции частоты, но и с учетом закона изменения МС.

В [4] были приведены несколько законов изменения МС, которые описывались следующими соотношениями:

, или в относительных величинах –

, (14.4)

где - момент трения в движущихся частях механизма (момент холостого хода);

- момент сопротивления при номинальной скорости;

х – показатель степени (коэффициент), характеризующий изменение при изменении скорости .

Подставим по (14.4) в основной закон изменения по (14.3) при частотном регулировании, учтя при этом, что и . Тогда

. (14.5)

По выражению (14.5) проанализируем возможные законы изменения при различных коэффициентах «х», то есть при различных закономерностях изменения момента статической нагрузки МС=f(ω).

1) МС не зависит от скорости ω, то есть МС=const. В этом случае х=0 и из (14.5) следует, что

, или . (14.6)

Это соотношение уже было получено ранее, как (14.2) при , то есть при МС=const.

Механические характеристики, получаемые при этом законе частотного регулирования, показаны на рисунке 14.2.

2) Мощность на валу не зависит от скорости, то есть РС=const.

Пренебрегая незначительным моментом холостого хода в (14.5) можно записать, что , откуда следует:

или . (14.7)

Соотношение (14.7) может быть получено из общей зависимости (14.4) для при и х=-1. Тогда

.

Теперь, подставляя в общий закон (14.3) изменения при частотном регулировании АД значения по (14.7) и полагая, как и раньше, и х=-1 для РС=const, получим:

.

Таким образом, при РС=const закон изменения при частотном регулировании АД запишется так:

. (14.8)

Механические характеристики АД, получаемые при частотном регулировании по закону (14.8), показаны на рисунке 14.3.

3) Момент на валу АД меняется по так называемому «вентиляторному закону», то есть в уравнении для коэффициент х=2. Если, как и раньше, принимать , то зависимость для рассматриваемого случая из (14.4) будет равна:

.

Таким образом, закон частотного регулирования АД при вентиляторной нагрузке будет иметь вид:

. (14.9)

Механические характеристики при частотном регулировании АД в этом случае представлены на рисунке 14.4.

При выводе законов частотного регулирования сделаны допущения, искажающие влияние ряда факторов (не учитывается падение напряжения в статоре, принимается ). Поэтому полученные соотношения (14.6), (14.8) и (14.9) более справедливы для АД большей мощности, где эти допущения дают меньшую ошибку.

14.3 Преобразователи частоты для регулирования скорости асинхронных двигателей

Для частотного регулирования скорости асинхронных электроприводов применяются различные преобразователи, на выходе которых меняется либо только частота, либо частота и напряжение по одному из рассмотренных выше законов.

Применяются как электромашинные, так и вентильные преобразователи. Электромашинные преобразователи с непосредственной связью – наиболее старый тип электромашинных преобразователей – в настоящее время практически не применяются из-за сложностей применяемых в них электрических машин – коллекторных машин переменного тока, на вход которых подается переменное напряжение с f=const и U=const, а на выходе снимается переменное напряжение с регулируемой частотой и амплитудой. Подобные коллекторные машины переменного тока в настоящее время промышленностью не выпускаются.

Применяемые до сих пор электромашинные преобразователи с синхронным или асинхронным генератором имеют так называемое промежуточное звено постоянного тока, позволяющее скомплектовать такой преобразователь из серийно выпускаемых машин.