Elektrichesky_privod_Kosmatov_V_I_2012

Здесь ВВ – высоковольтный выключатель, ТР – силовые трансформаторы, В1,В2…В5,В6 – встречно-параллельно включѐнные мостовые выпрямителя, работающие на статорные обмотки СД, L – реакторы для уменьшения взаимного влияния коммутационных процессов мостовых выпрямителей, ДТ – датчики тока, ДН – датчики напряжения, Ф - фильтр высших гармонических (4 и 5 гармоники), QF1, QF2 – автоматические выключатели, ТВ – тиристорный возбудитель.

170

171

6.35. Принципиальная схема частотно-регулируемого электропривода по системе НПЧ СД

6.3.5. Механические характеристики электропривода переменного тока с преобразователями частоты

Возможность управлять скоростью асинхронного и синхронного двигателей вытекает из известного соотношения (5.2)

0 2 pf1 ,

из которого видно, что синхронная скорость двигателя прямо пропорциональна частоте напряжения статора и не зависит для данной машины от каких-либо других величин.

Вместе с тем при изменении частоты возникает также необходимость изменения напряжения источника питания. В параграфе (5.1) показано, что приложенное напряжение уравновешивается ЭДС самоиндукции в обмотке статора при условии, что активное сопротивление статора

ется его магнитный поток. В частности, уменьшение частоты f1 приводит к возрастанию потока и как следствие к насыщению машины и увеличению тока намагничивания I , что связано с ухудшением энергетических показателей и с еѐ недопустимым нагревом. Увеличение частоты f1 приводит к снижению потока двигателя, что при постоянном моменте

М кФI 2а кФI 2 cos 2 приводит к возрастанию тока ротора, т.е.

к его тепловой перегрузке. Кроме того, снижается перегрузочная способность двигателя из-за снижения потока.

Для наилучшего использования асинхронного двигателя при частотном управлении необходимо также изменять напряжение в функции частоты и нагрузки.

172

При выборе соотношения между частотой f1 и напряжением

U1 , подводимом к статору АД, прежде всего исходят из условия сохранению перегрузочной способности АД, т.е. кратности критического (максимального) момента М к к моменту статической нагрузки М с для любой из механических характеристик

М к const .

Мс

Из (5.24) при пренебрежении падением напряжения на активном

где А – коэффициент, не зависящий от напряжения и частоты. Тогда для любой частоты источника питания и соответствующей

ей угловой скорости можно записать

где U1 j - фазное напряжение источника питания (соответственно и на фазных обмотках статора) при частоте ;

M c ( j ) – момент статической нагрузки на валу двигателя.

Из последнего выражения следует, что для любых двух значений частоты f1 j и f1к должно соблюдаться соотношение

Отсюда следует основной закон частотного управления скоростью в статических режимах АД

173

нальный момент, можно основной закон частотного управления записать в следующем виде

где U1* U1 /U1н ; f1* f1 / f1н ; Mc* Mc / Mн ;

U1 , M c – значения напряжения на статоре и статического момента,

соответствующие значению регулируемой частоты f1 .

Из полученных выражений следует, что закон изменения напряжения U1 определяется не только частотой источника питания f1 , но

и характером изменения момента статической нагрузки на валу двигателя при изменении скорости.

Для рассмотренных в разделе 2 данного пособия электроприводов механизмов зависимость момента статических сопротивлений от угловой скорости представлена в виде степенной функции

которая в относительных единицах записывается в виде

Mc* M0* (1 M0* ) *n ,

где M 0 - момент статической нагрузки при 0 .

Учитывая, что f1 , а значит, * f1* , последнее уравнение можно записать в виде

174

Подстановка (6.43) в (6.42) даѐт

В электроприводе обычно рассматриваются 3 наиболее часто встречающиеся типы статических нагрузок:

Мс* 1/ f1* .

3.Идеализированная вентиляторная нагрузка (рис. 6.36, в). В дан-

Подставляя в (6.44) соответствующие значения , можно записать для каждого из указанных типов статической нагрузки, основной закон управления напряжением в следующем виде.

При постоянном моменте на валу

т.е. при постоянстве мощности статической нагрузки (гиперболический закон изменения M c от скорости) напряжение источника питания

должно изменятся обратно пропорционально корню квадратному из значения частоты.

т.е. при вентиляторной нагрузке напряжение источника питания должно изменяться обратно пропорционально квадрату значения частоты.

Необходимо подчеркнуть, что вывод основного закона частотного управления двигателем, определяемого формулой (6.40), является упрощенным при пренебрежении ряда факторов. Наиболее существенным из принятых допущений является не учѐт падения напряжения на

активном сопротивлении обмотки статора, т.е. допущение, что R1 0 .

Поэтому полученные здесь соотношения (6.45) – (6.47) справедливы лишь для двигателей относительно больших мощностей при изменении частоты, а значит, и скорости ниже основной в диапазоне до . Для больших значений диапазона изменения скорости необходимо корректировать полученные соотношения, учитывая падение напряжения на активном сопротивлении обмотки статора. На рис. 6.36,а пунктиром

показаны реальные характеристики двигателя f (M ) при законе

U1 / f1 const .

Анализ работы АД при неизменной номинальной частоте проводится на основании Г-образной схемы замещения ( см. рис. 5.5), так как

jx >> R1 jx1 I , т.е. падение напряжения на обмотке статора,

обусловленное током намагничивания, пренебрежительно мало.

При частотном же регулировании в случае снижения f1 < f1н

будет пропорционально снижаться и x , тогда как значение R1 от частоты не зависит.В этих условиях со снижением частоты будет увеличи-

176

заметно уменьшается в области малых частот, жѐсткость механических характеристик снижается, критическое скольжение увеличивается , а

Тогда коррекция закона U1 / f1 const заключается в том, что в области относительно низких частот необходимо при уменьшении частоты f1 напряжения U1 снижать в меньшей степени (нелинейный закон) ( см. рис 6.37), что применяется в разомкнутых системах со скалярным управлением и IR компенсацией.

Рис. 6.37 Закон изменения напряжения источника переменной частоты при управлении АД: 1 – линейный закон U1 / f ; 2- нелинейный закон

U1 / f

178

Глава седьмая. Принципы управления в электроприводе

7.1 Релейно-контакторные системы управления

электроприводов

Во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте широко применяются электроприводы постоянного и переменного тока с питанием двигателей непосредственно от сети.

Управление такими электроприводами осуществляется релейноконтакторной аппаратурой по разомкнутому принципу без обратных связей с координатами электропривода и без регуляторов (замкнутые системы управления).

Релейно-контакторные системы управления (РКСУ) осуществляют автоматический пуск, торможение, реверсирование и останов двигателей. Более 90% всех установленных электроприводов управляются сегодня по схемам РКСУ. Электротехническая промышленность выпускает релейно-контакторные системы в виде законченных модулей-станций управления, предназначенных для оснащения электроприводов постоянного тока с двигателями независимого и последовательного возбуждения, асинхронных с короткозамкнутым и фазным ротором и роторных цепей синхронных двигателей. На них собраны типовые схемы, с помощью которых осуществляется управление движением электропривода, а также необходимые защиты.

7.1.1. Реостатный пуск электроприводов с РКСУ. Расчѐт

пусковых диаграмм и сопротивлений

В электроприводах с двигателями постоянного тока и с асинхронными двигателями с фазным ротором небольшой и средней

179