14.3.1 Электромашинный преобразователь частоты с синхронным генератором

Принципиальная схема преобразователя частоты (ПЧ) с синхронным генератором показана на рисунке 14.5. В комплект ПЧ входит агрегат постоянной скорости М1-G1, который осуществляет преобразование переменного тока с параметрами U1=const и f1=const в постоянное напряжение UГ1, регулируемое (по амплитуде и знаку) током возбуждения в обмотке ОВG1.

Двигатель постоянного тока М2 в агрегате переменной скорости М2-G2 получает питание от генератора G1. Величиной напряжения генератора G1 плавно регулируется скорость двигателя М2 и скорость синхронного генератора G2. Изменение угловой скорости ω2 генератора G2, если не менять его ток возбуждения, вызовет пропорциональное изменение . При этом напряжение U2 на выходе синхронного генератора G2 тоже изменится. От этого напряжения питается группа асинхронных двигателей М3-М6.

Если в системе ПЧ по рисунку 14.5 изменять направление тока возбуждения генератора G1, то это приведет к изменению направления вращения генератора G2, изменится чередование фаз на выходе этого генератора и направление вращения двигателей М3-М6. При неизменном токе возбуждения синхронного генератора G2 и двигателя М2 изменение скорости ω2 агрегата М2-G2 приведет к регулированию частоты и напряжения на выходе генератора G2 по закону . Скорость ω2 можно регулировать также и изменением потока возбуждения в двигателе М2 (резистор R2). При этом регулирование по закону сохраняется, но при уменьшающейся перегрузочной способности двигателя М2.

Независимо от скорости синхронного генератора G2 амплитуду напряжения на его выходе можно менять, изменяя возбуждение резистором R3.

Преимущество ПЧ со схемой по рисунку 14.5:

- возможность раздельного регулирования U2 и f2 на выходе синхронного генератора;

- использование обычных серийных электрических машин для комплектования ПЧ.

Недостатки такого ПЧ:

- большая установленная мощность. С учетом потерь в машинах ΣР>4РН, где РН – мощность синхронного генератора G2;

- низкий коэффициент полезного действия из-за многократного преобразования энергии;

- большая инерционность при регулировании частоты f2 из-за медленного изменения магнитных потоков в обмотках возбуждения ОВG1 и ОВМ2 и механической инерции агрегата М2-G2.

ПЧ с синхронным генератором используются для регулирования скорости исполнительных двигателей, в основном, вниз в диапазоне .

14.3.2 Электромашинный преобразователь частоты с асинхронным генератором

Для такого ПЧ используется АД с фазным ротором, обмотка статора которого питается от сети переменного тока через автотрансформатор (АТ), а от обмотки ротора получает питание группа потребителей – асинхронные двигатели М3-М5 (см. рис. 14.6). С помощью АТ осуществляется независимая регулировка выходного напряжения U2 ПЧ. При регулировании скорости ω2 агрегата М2-G2 с помощью системы Г-Д (так же, как и в ПЧ с синхронным генератором) будут регулироваться выходные f2 и U2.

Частота на выходе АПЧ

, (14.10)

где - скорость вращающегося магнитного поля асинхронного генератора G2.

Если ротор G2 вращается встречно полю, то в (14.10) принимается знак «+». В этом случае . Если ротор G2 вращается согласно с полем, то в (14.10) надо брать знак «-». В этом случае . При ω2=0, , s=1; в этом случае асинхронный генератор работает как трансформатор.

Асинхронный ПЧ имеет те же недостатки, что и ПЧ с синхронным генератором (большая установленная мощность электрических машин, низкий КПД и большая инерционность при регулировании частоты). Кроме того, в таком ПЧ при отсутствии автотрансформатора существует жесткая связь между выходными параметрами f2 и U2.

Асинхронный преобразователь частоты не допускает раздельного регулирования U2 и f2, то есть он может применяться только для электроприводов с постоянной нагрузкой, когда при МС=const требуется регулирование скорости при . Чтобы регулировать выходное напряжение U2 независимо от f2 надо между сетью и генератором G2 ставить автотрансформатор (АТ), что значительно удорожает установку.

Асинхронные преобразователи частоты чаще всего применяются при необходимости регулирования электропривода вверх с диапазоном .

В электромашинных преобразователях частоты (с синхронными или асинхронными генераторами) вместо агрегата постоянной скорости М1-G1 применяются УВП для питания и реверса двигателя М2 в агрегате переменной скорости М2-G2 (см. рис. 14.7). В таком вентильно-электромашинном преобразователе частоты несколько уменьшается установленная мощность электрических машин, повышается КПД. Однако основные недостатки электромашинных преобразователей частоты (инерционность, низкий КПД) остаются, что ограничивает область их применения.