Вопросы и задания

1. Какими показателями оценивается оптимальность способа пуска АД?

2. Поясните способ прямого пуска АД.

3. Поясните способ реакторного пуска АД.

4. Поясните способ автотрансформаторного пуска АД.

5. Поясните способ пуска АД путем переключения схемы соединения его статорных обмоток.

6. Поясните способ частотного пуска АД.

2.15 Частотное регулирование скорости ад

по цепи статора

Схема частотного регулирования приведена на рис.2.24,а. В схему входит преобразователь частоты (ПЧ), К ПЧ подведено сетевое напряжения с уровнем U_Cи частотойf_C. На выходе ПЧ формируется синусоидальной напряжение с произвольным уровнемU₁и частотойf₁. Возможно раздельное регулирование уровня напряженияU₁и его частотыf₁. Все параметры и характеристики АД, полученные при номинальных значениях уровня напряженияU_1номи его частотыf_1номназываютсяестественнымии они снабжаются в обозначениях индексом"Е".Если уровень напряженияU₁или его частотаf₁отличаются от номинальных, то все параметры и характеристики АД называютсяискусственнымии они снабжаются в обозначениях индексом"И".

При анализе схем регулирования частоты с помощью ПЧ необходимо использовать следующие выражения:

1) формулу частоты вращения поля статора (2.15) ;

2) формулу критического скольжения (2.32) ;

3) формулу критического момента (2.33) ;

4) формулу пускового тока (2.27);

5) формулу пускового момента (2.34) .

1. Регулирование частоты снижением уровня U₁ при f₁=const.

Синхронная частота ω₀ и критическое скольжение s_к не изменятся, так как они не зависят от U₁. Пусковой ток I_П уменьшится пропорционально уменьшению U₁ а критический М_к и пусковой М_П моменты уменьшатся в большей степени, так как пропорциональны (рис.2.24,б).

Для установления факта регулирования частоты вращения АД нанесем график момента сопротивления нагрузки М_С. Точками пересечения графиков МХ АД и МХ нагрузки определяются частоты вращения АД. Видно, что этим способом можно регулировать частоту вращения в небольших пределах от ω₀ до ω_к, что составляет всего (15...20)% от всего диапазона скоростей АД. Кроме того, снижается запас устойчивости работы АД, так как критический момент М_к резко снижается. Из-за этих серьезных недостатков рассмотренный способ регулирования частоты практически не применяется.

2. Регулирование скорости АД повышением частоты f₁ при U₁=const.

Синхронная частота ω₀ увеличивается, а все остальные параметры МХ и ЭМХ АД уменьшаются, причем наиболее интенсивно понижаются критический М_к и пусковой М_П моменты, менее интенсивно – пусковой ток I_П (рис.2.26,в).При наложении графика МХ нагрузки на графики МХ АД обнаруживается повышение частоты вращения АД. Рассмотренный способ регулирования частоты применяется редко, так у АД допускается небольшое (до 50%) увеличение частоты вращения сверх синхронной.

3. Регулирование скорости АД одновременным изменением вверх или вниз уровня напряжения U₁ и его частоты f₁.

В зависимости от вида МХ нагрузки различают разные законы одновременных изменений уровня напряжения U₁и его частотыf₁.

3.1. Уровень напряжения U₁ и его частота f₁ изменяются пропорционально друг другу: U₁/f₁=const. Такой закон регулирования называется линейным частотным законом (рис.2.25,а).

Рассмотрим, для определенности, вариант снижения уровня напряжения U₁и его частотыf₁. Синхроннаячастотаω₀ уменьшается, а критический моментМ_костается неизменным, так как он пропорционален отношениюU₁/f₁, а это отношение постоянно. Пусковой токI_П уменьшится пропорционально понижению U₁, а одновременное уменьшение ω₁ практически не изменяет ток I_П, так как ω₁ входит неполно (в качестве одного из слагаемых суммы R_K+jω₁L_K) в знаменатель только второй дроби формулы (2.27). Пусковой момент М_П увеличивается, что доказывается расчетом:

(2.50)

Способ регулирования частот вращения имеет следующие достоинства:

- частоту вращения ωможно регулировать в диапазоне0...150%;

- критический момент М_кнеизменен и перегрузочная способность АД остается всегда на высочайшем уровне;

- пусковой момент М_Пповышается, что позволяет плавно разгонять АД под нагрузкой путем плавного изменения частотыω₁;

- пусковой ток I_П уменьшается, а при плавном пуске и разгоне АД он остается постоянно малым, и ПЧ никогда из сети не будет потреблять ток в 5...7 крат номинального (фактически в используемых в электроприводе ПЧ пусковой ток ограничен уровнем не более 1,5·I_ном).

Рассмотренный способ регулирования целесообразно использовать в электроприводе с постоянным моментом сопротивления нагрузки – M_C=const.

3.2. Уровень напряжения U₁ прямо пропорционален квадрату частоты f₁: , где с=const. Такой закон регулирования называется параболическим частотным законом (рис.2.25,а). Его применение целесообразно для привода механизмов имеющих параболическую МХ (вентиляторы, центробежные насосы и т.п.). При таком способе напряжениеU₁понижается быстрее понижения частотыω₁. В результате:

- перегрузочная способность АД в электроприводе остается неизменной;

- снижение тока I₁и в том числе - пусковогоI_П глубже, чем при линейном частотном законе регулирования, а это снижает потери мощности в АД и повышает его к.п.д.

Иные способы управления скоростью АД с короткозамкнутым ротором, кроме частотного, не применяются. Несмотря на дороговизну ПЧ, рассмотренные схемы регулирования частоты вращения АД получили самое широкое распространение потому, что в электроприводе используется самый дешевый, надежный, имеющий большой срок службы (до20лет) АД с короткозамкнутым ротором.