6. Частотное регулирование асинхронных двигателей.

6.1. Основные сведения

Возможность регулирования скорости вращения  ротора АД изменением частоты питающего напряжения f₁ вытекает из выражения синхронной скорости

 ₁ = ,

где p - число пар полюсов асинхронного электродвигателя.

Для реализации частотного регулирования угловой скорости вращения используются полупроводниковые (тиристорные или транзисторные) преобразователи, выходное напряжение и частота которых изменяются независимо или по какому-либо закону.

Преобразователи частоты (ПЧ) бывают двух типов:

1) с непосредственной связью нагрузки и питающей сети (ПЧН);

2) со звеном постоянного тока.

ПЧН используются в тех случаях, когда частота напряжения питающей сети гораздо выше частоты напряжения питания нагрузки, например, в безредукторных низкоскоростных приводах где необходимо плавное регулирование угловой скорости (приводы шаровых мельниц, крановые электроприводы), а также в машинах двойного питания.

ПЧН позволяют регулировать выходную частоту только вниз от частоты питающей сети f_С, причем

f_ВЫХ.max = ( 0.3....0.5 ) f_С.

ПЧ со звеном постоянного тока позволяют изменять выходную частоту как вверх, так и вниз от частоты питающей сети и могут применяться в электроприводах различных промышленных механизмов.

Полупроводниковые ПЧ имеют высокие КПД (0.920.98), надежность, быстродействие, а также малые массу и габариты.

В зависимости от требований, предъявляемых к системам частотного управления, применяются разомкнутые и замкнутые системы управления частотно-регулируемыми приводами.

Разомкнутые системы частотного управления обычно имеют жесткую связь между регуляторами частоты и напряжения, которая реализуется посредством функционального преобразователя, обеспечивающего требуемый закон изменения напряжения на статоре АД в функции частоты. Разомкнутые системы позволяют обеспечить требование постоянства перегрузочной способности двигателя в ограниченном диапазоне регулирования, зависящего от характера нагрузки (при M_С = const от (0.20.3) _Н до номинальной скорости _Н ).

В замкнутых системах регулирования скорости перегрузочная способность АД поддерживается постоянной выбором соответствующего закона изменения питающего напряжения в функции частоты, а жесткость механической характеристики - обратной связью по э.д.с., скорости и т.д..

В разомкнутых системах реализуются следующие законы регулирования:

- для механизмов с постоянным моментом сопротивления M_С = const, закон изменения напряжения от частоты имеет вид U/f₁ = const, либо E/f₁ = const c IR - компенсацией;

- для вентиляторной нагрузки при диапазоне регулирования скорости D = 2:1 закон изменения напряжения от частоты имеет вид U/f₁² = const;

- для механизмов с постоянной мощностью P_С = const закон изменения напряжения будет U / = const.

Частотное регулирование скорости является экономичным, т.к. управление производится при малых скольжениях.

6.2. Законы частотного управления

Величина напряжения, подводимого к статору, связана с частотой и магнитным потоком АД известным соотношением

.

Если при неизменной величине напряжения U₁ изменять его частоту f₁, то поток Ф будет изменяться обратно пропорционально частоте. При уменьшении частоты поток будет возрастать, что приведет к насыщению магнитной системы машины и резкому увеличению тока статора. При увеличении частоты поток уменьшится и, как следствие, будет уменьшаться момент, развиваемый двигателем. Поэтому для поддержания необходимой перегрузочной способности АД и полного его использования в тепловом отношении необходимо одновременно с изменением частоты изменять по определенному закону напряжение на статоре.

В общем случае напряжение целесообразно регулировать так, чтобы перегрузочная способность АД была одинакова при всех частотах.

Так как

= и ,

то = или  =  .

При условии = справедливо равенство  =  .

Основной недостаток закона управления  =  при M_С = const состоит в том, что при конкретном значении  = s момент АД, соответствующий этому  уменьшается при снижении частоты, так как при этом все большая часть приложенного к статору напряжения U1 падает на активном сопротивлении статора.

Увеличивающаяся активная составляющая падения напряжения на статоре АД ведет к уменьшению э.д.с. E1, и, следовательно, магнитного потока. При этом также снижаются максимальный момент и критическое абсолютное скольжение, что в свою очередь вызывает возрастание потерь в электродвигателе.

Для устранения этого недостатка используют закон частотного управления с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении статора.