Механические характеристики.

Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании по закону =допускают для двигателей более 15 кВ не учитывать активное сопротивление статора.

При этом обеспечивается работа двигателя при постоянстве магнитного потока. При r₁=0 и при малых значениях частоты порядка 0,3 от номинальной, падение напряжения на активном сопротивлении статора существенно снижает ЭДС, прикладываемое к контуру намагничивания.

Падение напряжения на Х₁уменьшается с уменьшением частоты и, поэтому не оказывает значительного влияния на величину ЭДС и при малых значениях частоты, когда относительное падение напряжения наr₁станет значительным, поток двигателя уменьшается и уменьшается критический момент. Поэтому для того, чтобы сохранить критический момент для регулирования скорости нужно напряжение на статоре уменьшить в меньшей степени, чем уменьшится частота.

Такой способ регулирования называется регулированием с IRкомпенсациейЕ=const.

При стандартной частоте 50 Гц невозможно получить скорость асинхронного двигателя свыше 3000 об/мин. Однако повышение напряжения, выше стандартного невозможно или затруднено. В этом случае закон изменения частоты не работает и увеличение скорости идет за счет повышения частоты . При этом намагничивающий ток уменьшается, соответственно падает поток двигателя и максимальный момент снижается обратно-пропорционально квадрату частоты. Но поскольку ток ротора, за счет увеличения скольжения, можно длительно поддерживать равным номинальному, то допустимый момент уменьшается обратно-пропорционально частоте в первой степени.

, т.е. регулирование идет за счет изменения частоты при постоянной мощности.

Механическую характеристику можно построить по тем же формулам, что и для включенного двигателя в естественную схему. Но для учета зависимости индуктивного сопротивления от частоты используют Т-образную схему замещения.

;;

ипренебрегаем т.к. разность равна нулю.

.

Для анализа характеристик асинхронного двигателя при частоте регулирования для более точного учета падения напряжение и IZ₁используют Т-образную схему замещения. Расчет производится, используя комплексное выражение, а далее выделяют вещественную часть и получают уточненное выражение для механических характеристик.

;;;

 - абсолютное скольжение;

w₁– скорость идеального холостого хода при заданной частотеf;

w_1н– скорость идеального холостого хода при частоте 50 Гц.

;

;;;

;

;;;;;;

.

Преобразователи частоты.

Преобразователи частоты могут быть электромашинные и вентильные.

Электромашинный преобразовательможет быть спроектирован на базе синхронного и асинхронного двигателя.

1. Система электромашинного преобразователя на базе асинхронного двигателя.

Основным достоинством такой схемы является независимость регулирования напряжения и частоты преобразователя.

Недостаток: Преобразователь имеет большие габариты, низкий КПД, большие потери.

Общая мощность Р4Р_ст.

2. Преобразователь частоты с асинхронным генератором.

Недостаток: Большие потери, поскольку мощность преобразователя равна 45 мощности нагрузки.

Выходное напряжение и частота связаны между собой .

Вентильный преобразователь частоты.

По структуре статические вентильные преобразователи частоты могут быть представлены двумя классами преобразователей.

1. Преобразователь частоты с непосредственной связью.

2. Преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

В свою очередь преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока делятся на преобразователи с инвертором тока, с инвертором напряжения с ШИМ регулирования напряжения.

1. Преобразователи частоты с непосредственной связью включают чаще всего в статорную цепь асинхронного двигателя и служат для преобразования напряжения стандартной частоты в регулируемую, в определенных пределах напряжения по величине и по частоте.

Механические характеристики электропривода НПЧ-АД:

Преобразователи частоты с непосредственной связью представляют собой три согласованных рабочих реверсивных тиристора преобразователя постоянного тока.

Каждая фаза асинхронного двигателя питается от своего реверсивного преобразователя и напряжение, прикладываемое к обмотке статора будет равна напряжению сети, на коэффициент схемы и на cos.

k_сх=1,35.

Если угол регулирования устанавливать в соответствии с текущим значением частоты и поддерживать неизменным в течение одного полупериода выходной частоты преобразователя, а втечении второй полуволны переключать группы с тем же углом, то можно получить переменное напряжение прямоугольной формы заданной частоты

.

Сдвиг момента включения преобразователя частоты питающей фазы висдвигателя соответственно происходит на углы 2/3и 4/3.

Эпюры напряжений преобразователя частоты с непосредственной связью при прямоугольной форме напряжения:

Достоинства: Эти преобразователи является преобразователями с естественной коммутацией вентилей под действием напряжения питающей сети. Эти преобразователи дают возможность перехода из выпрямительного в инверторный режим, т.е. возможно рекуперативное торможение привода с отдачей энергии в сеть.

Недостаток: Малое выходное напряжение.

2. Электропривод по системе преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Фильтр – для сглаживания тока.

Схема частотного электропривода с автономным инвертором тока:

Схема частотного асинхронного электропривода с транзисторным инвертором напряжения:

Принцип широтно-импульсной модуляции напряжения и тока базы автономного инвертора напряжения (U_пиi₁– фазные напряжение и ток статора):

Более современной схемой преобразователя частоты является преобразователь, использующий принцип широтно-импульсной модуляции напряжения и тока, при этом способ возможен не только регулированием средней величины напряжения за период, но и коррекцией формы кривой напряжения.

Для двухполярной коммутации , где- скважность.

Если регулировать скважность по sin-му законуможно получить среднее значение фазового напряжения также изменением поsin-му закону.

При использовании инвертора напряжения для реализации рекуперативного торможения необходимо на входе установить реверсивный преобразователь с двумя группами вентилей. В нереверсивном преобразователе с инвертором напряжения обычно предусматривают раздельное сопротивление, которое подключают в режиме торможения транзистором в VT7, где и рассеивается энергия торможения.

К типовым схемам частотных электроприводов относятся:

1. ТПЧ (тиристорный преобразователь частоты) с частотно-параметрическим регулированием.

Диапазон 20:1; Статизм 510%.

2. ТПЧ с частотно-токовым управлением с замкнутой системой по скорости, имеет внутренний контур тока Р_i– регулирование. Закон изменения напряжения от частоты задается функцией преобразователя.

3. ТПЧ с частотно-токовым управлением без контура скорости.

Диапазон 20:1.

4. ТПЧ с векторным управлением.

Диапазон до 1:10000