Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением частоты тока статора

Изменяющийся по частоте ток статора приводит к изменению угловой скорости поля статора

и пропорционально изменяется скорость ротора. Из выражения (1-1) следует, что регулирование скорости двигателя изменением скорости вращающегося магнитного поля статора происходит без значительного изменения скольжения и позволяет получать различные скорости на жестких механических характеристиках.

С помощью электромашинных и полупроводниковых устройств можно плавно изменять частоту тока статора , а следовательно и скорость двигателя. Скорость двигателя можно увеличить вверх доот номинальной и уменьшать враз от номинальной.

Верхний предел скорости ограничивается механической прочностью ротора, нижний – особенностями роботы преобразователей частоты.В настоящее время наиболее целесообразно применение тиранзисторных преобразователей частоты, в которых происходит сначала выпрямление переменного тока частоты сети, а затем инвертирование в переменный ток нужной частоты.

Для сохранения постоянной (неизменной) перегрузочной способности двигателя на всех скоростях и поддержания постоянных значений КПД и , одновременно с изменением частоты тока, необходимо изменять напряжение, подводимое к двигателю.

Перегрузочная способность лвигателя не будет изменяться при изменении частоты тока статора, если отношение критических моментов двигателя при всех частотах токаи соответствующих напряженияхбудет равно отношению соответствующих статических моментов нагрузки.

(16-12)

Подставим в уравнение (16-12) значения критических моментов из известного ранее соотношения:

И получим:

После преобразования получим (1-3):

Где : – статические моменты при скоростях, соответствующих частотами;

и напряжения при тех же частотах тока статора.

Из уравнения (16-13) следует, что с изменением частоты нужно так же изменить и величину подводимого к двигателю напряжения. Т.е.для каждой частоты необходимо соответствующее этой частоте напряжение .

Закон изменения напряжения определяется характером зависимости статического момента от скорости.

Если пренебречь моментом холостого хода рабочего механизма, то уравнение статического момента можно записать в виде

Подставив значения статических моментов (16-14) в уравнение (16-13) получим

(16-15)

откуда

где :– относительная частота напряжения, подаваемого на статор двигателя;

–показатель степени, определяющий закон изменения напряжения с изменением частоты тока статора.

С изменением частоты тока будут изменяться синхронная скорость поля статора и индуктивные сопротивления обмоток двигателя.

Двигатель будет развивать критический момент при критическом скольжении для данной частоты тока

Рассмотрим регулирование напряжения для наиболее распространенных законов изменения нагрузки.

1.Статический момент не изменяется с изменением скорости

При этом уравнение (1-5)

при

обозначим – постоянный коэффициент

и получим

или

Из () следует, что подводимое к двигателю напряжение должно изменятся пропорционально изменению частоты тока, для сохранения постоянного отношения. При этом критический момент(в соответствии с (16-18)) остается без изменений, то есть обеспечивается постоянная перегрузочная способность двигателя.

Соответствующие изменения напряжения при частотном регулировании обуславливаются необходимостью сохранения величины магнитного потока при разных частотах тока статора.

Если пренебречь падением напряжения в обмотке статора то можно считать, что сщгласно уравнению 14-15 [ ]

Откуда получаем отношение , пропорционально потоку, который должен оставаться постоянным

Если нарушить это условие, т.е. при изменять только частоту тока статора, то:

а) с уменьшением частоты тока статора , потокбудет увеличиваться, это вызовет увеличение потерь от намагничивающего тока;

б) с увеличением частоты тока статора , потокуменьшиться, что при неизменном– статическом моменте сопротивления механизма, вызовет увеличение сопротивления току ротора, (соответственно рост температуры).

Таким образом, в обоих случаях двигатель будет перегреваться при моменте на валу, даже меньшем номинального значения.

Из уравнения (1-8) следует, что при постоянном статическом моменте ,, критический момент остается неизменным, а критическое скольжениеувеличивается с уменьшением частоты, это вызвано уменьшением индуктивного сопротивленияпропорционально..

При увеличении критического скольжения критический момент наблюдается при меньшей скорости ротора.

При низких частотах индуктивное сопротивление становится соизмеримым с независящим от частоты активным сопротивлением статора. И при низких частотах, падение напряжения на сопротивленииболее чувствительно снижает значение магнитного потокаи вызывает уменьшение критического момента двигателя (криваяина рис.1-1).

Рис. 1-1 Механическая характеристика асинхронного двигателя при частотном регулировании и ,.

При малых значениях индуктивности значительно увеличивается критическое скольжение. Поэтому для поддержания постоянного критического момента при малых частотах напряжения снижают медленней, чем частоту тока статора. (Пунктирные кривые дляи).

1. Статический момент нагрузки изменяется по квадратичному закону и

Из уравнения (1-5) получим

Откуда следует, что подводимое напряжение в этом случае необходимо изменять пропорционально квадрату частоты тока . При этом

Так как критический момент согласно (1-7) при

Будет изменяться пропорционально квадрату частоты тока.

Рис.1-2 Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании и статическом моменте

Если в процессе частотного регулирования скорости двигателя не изменять напряжения, то с увеличением частоты тока значение критического момента асинхронного двигателя уменьшается. , с ротором, припоток, а следовательно моментбудет уменьшаться.

Рис.1-3 Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании и неизменном напряжении на статоре