Частоты питающего тока

При изменении частоты тока, подводимого к зажимам двигателя, изменяется синхронная скорость вращающегося магнитного поля статора, следовательно, изменяется и угловая скорость ротора. Этот способ применяется, если двигатель получает питание от отдельного СГ или тиристорного преобразователя частоты.

Частотное управление АД является наиболее экономичным способом управления двигателями переменного тока. Этим способом можно плавно и в широких пределах регулировать частоту вращения.

Различают два основных типа преобразователей частоты (ПЧ):

1) с промежуточным выпрямителем – со звеном постоянного тока;

2) с непосредственной связью.

Рассмотрим преобразователь частоты со звеном постоянного тока. Он включает в себя неуправляемый выпрямитель В, преобразующий переменное напряжение постоянного частоты в другое напряжение постоянного тока и автономный инвертор AИ, преобразующий постоянный ток в переменный изменяющейся частоты рис.3.8.

В непосредственных преобразователях частоты напряжение постоянной частоты непосредственно преобразуется в выходное напряжение другой регулируемой или нерегулируемой частоты.

Автономные инверторы подразделяют на инверторы тока и инверторы напряжения.

В автономный инвертор тока включается реактор с большой индуктивностью. Благодаря этому в интервале между коммутациями тиристоров ток в реакторе практически остается неизменным по значению. В этом случае тиристоры изменяют только направление (но не значение) тока в нагрузке, так что последняя питается как бы от источника тока, что и нашло отражение в названии - инвертор тока. Форма напряжения при неизменном значении тока зависит от характера нагрузки. Перевод выпрямителя в режим регулируемого источника тока при работе на автономный инвертор тока обычно достигается или путем включения сглаживающего реактора очень большой индуктивности, или посредством охвата выпрямителя сильной отрицательной обратной связью по току при одновременном использовании сглаживающего реактора. В регулируемом ЭП наиболее целесообразен второй способ, обеспечивающий приемлемые массо- габаритные показатели ТПЧ и его достаточно высокое быстродействие.

Автономный инвертор напряжения - это инвертор, форма напряжения на выходе которого определяется только порядком переключения тиристоров инвертора, а форма тока зависит от характера нагрузки. В схеме АИН источник подключен непосредственно к тиристорам, которые периодически с изменением полярности подключают это напряжение к нагрузке. При неизменном угле управления, источник напряжения подает на нагрузку постоянное по значению напряжение. Включение тиристоров изменяет только полярность напряжения. Ток. переменный но значению, н его изменение зависит от характера нагрузки. При работе автономного инвертора напряжения на АД, являющийся активно-индуктивной нагрузкой, должна быть обеспечена возможностью обмена реактивной энергией между АД и источником напряжения. Это достигается включением параллельно входу инвертора конденсатора большой емкости, а также параллельно схеме автономного инвертора напряжения подключается обратный выпрямитель с диодами.

Несмотря иа большое разнообразие 3-фазных тиристорных инверторов, все они строятся на основе одной и той же принципиальной схемы. Преобразование постоянного напряжения в напряжение переменного тока необходимой частоты, осуществляется переключением с заданной частотой и определенной последовательностью тиристоров в плечах моста. Открытие и закрытие тиристоров определяется последовательностью импульсов, поступающих из схемы управления на их управляющие электроды. Это достигается в схеме управления с помощью задающего генератора.

В качестве задающего генератора обычно используется релаксационный генератор, выходной сигнал которого подается на вход схемы логики. Последняя формирует импульсы требуемой формы и распределяет их между управляющими и коммутирующими цепями тиристоров.

Наибольшее распространение получили ТПЧ с широтно-импульсным регулированием, при этом на входе инвертора используется неуправляемый выпрямитель. Переменная выходная ЭДС формируется из ряда прямоугольных напряжений, которые образуются при высокочастотной коммутации пары тиристоров каждой фазы.

В автономном инверторе с широтно-импульсной модуляцией нет поочередного переключения тока нагрузки с тиристора анодной на тиристор катодной группы и наоборот. Здесь тиристор анодной группы, осуществляя ряд коммутаций, пропускает положительную полуволну тока нагрузки и лишь при изменении направления тока вступает в работу тиристор катодной группы.

Включение и отключение тиристоров в автономном инверторе

требует специальных мер (например, при отключении необходимо обеспечить спадание протекающего через него тока до нуля и задержку подачи прямого напряжения). В автономных инверторах отсутствие сетевого напряжения (или переменного напряжения каких-либо других источников) приводит к необходимости использовать принудительную конденсаторную коммутацию. При принудительной коммутации в АИ коммутирующие цепи воздействуют на работу схемы только в требуемый момент, т. е. во время коммутационного процесса. Для запирания тиристора с помощью конденсатора подается импульс обратного тока, а затем к его электродам прикладывается обратное напряжение на то время, которое необходимо для восстановления запирающих свойств в прямом направлении. Этот способ известен под названием импульсной коммутации и применим при широком диапазоне изменения выходной частоты.

Механические характеристики асинхронного двигателя при различной частоте тока показаны на (рис.10.1).

Как известно, момент асинхронного двигателя зависит от значения магнитного потока Ф в воздушном зазоре. Значение магнитного потока зависит от отношения на­пряжения к частоте поэтому, регулируя вместе с частотой значение напряжения, можно изменить магнитный ноток и вращаю­щий момент АД. При регулировании можно получить различные механические характеристики АД. Если U/f= const, то магнитный поток статора Ф = const, следовательно, критический момент М_кр асинхронного двигателя остается неизменными при различных частотах тока статора (рис. 10.1, а). Подобный закон регулирова­ния используется в ЭП палубных механизмов.

При этом способе необходимо стремится, чтобы характеристики асинхронного двигателя обладали достаточной жесткостью, которую обеспечивают совместным регулированием частоты тока и напряжения.

а) б)

Рис. 10.1.Механические характеристики асинхронного двигателя с частотным регулированием а) при постоянном магнитном потоке; б) при постоянном напряжении.

Здесь используют закон регулирования:

при

Если в процессе регулирования частоты тока напряже­ние ТПЧ не изменять, то с увеличением частоты тока значение критического момента АД уменьшается (рис. 10.1,б). Указанный вид регулирования можно осуществлять в ЭП, у которых момент сопротивления при увеличенной угловой скорости будет меньше.

Следует отметить, что пуск ад проводят при уменьшенной частоте и по мере его ускорения частоту тока, подаваемого на статор, увеличивают. при малой частоте уменьшается индуктивное сопротивление ротора и соответственно пусковой момент АД имеет увеличенное значение по сравнению с тем значением момента, если бы на статор подавался ток номинальной частоты (см. рис. 10.1). Увеличенный пусковой момент способствует большему ускорению ротора АД и уменьшает время пуска, что очень важно для ЭП, работающих в повторно-кратковременном режиме.

Если напряжение сети поддерживать постоянным, то при увеличении частоты тока ƒ₁ магнитный поток Ф уменьшится, т.к.

При уменьшении потока возрастает ток в цепи ротора I₂, который должен скомпенсировать уменьшение магнитного потока, чтобы создать требуемый момент на валу электродвигателя

к – конструктивный коэффициент машины;

При уменьшении частоты тока ƒ₁ магнитный поток увеличивается, а значит увеличивается ток намагничивания обмотки статора, происходит насыщение магнитопровода и магнитные потери в нём увеличиваются. Поэтому с изменением частоты тока необходимо изменять и величину напряжения, подаваемого на обмотки статора.

При пропорциональном понижении частоты тока и напряжения жесткость механической характеристики 1 (рис10.1) и максимальный момент М_max уменьшаются незначительно по сравнению с естественной характеристикой 0. К преимуществам частотного регулирования следует отнести широкий диапозон (до 12:1) и плавность.