Частотное регулирование.

В настоящее время все большее распространение получает регулирование частоты вращения асинхронного двигателя посредством изменения частоты напряжения на статорной обмотке. При регулировании частоты питающего напряжения меняется частота вращения магнитного поля я, = 60/,/р, причем ее можно плавно изменять как в сторону увеличения, так и уменьшения. Максимальные и минимальные значения при таком способе регулирования могут отличаться в десятки и даже сотни раз от номинального значения частоты вращения двигателя.

Та же компания «Schneider Electric» (см. пример устройства плавного пуска — параграф 3.11) выпускает устройства преобразования частоты для асинхронных двигателей серии «Altivar». Эта серия устройств рассчитана на управление асинхронными двигателями, как однофазными, так и трехфазными, в диапазоне мощностей от 4 до 1200 кВт.

Блок-схема подобного устройства — электронного преобразователя частоты, включаемого между промышленной сетью и асинхронным двигателем, представлена на рис. 3.12.2.

При осуществлении частотного регулирования необходимо учитывать, что значение максимального электрического момента Ммакс пропорционально квадрату магнитного потока полюса вращающегося поля (см. формулу (3.9.9)). Магнитный поток полюса Фп, в свою очередь, определяется действующим значением и частотой фазного напряжения статора (см. формулу (3.7.1)). Поэтому, если при регулировании частоты вращения ротора желательно сохранить неизменным значение максимального электромагнитного момента, то нужно обеспечить выполнение условия [/,//, = const. Для этого одновременно с регулированием частоты должно изменяться и действующее значение напряжения. Эту задачу и еще целый ряд особенностей управления решают современные электронные устройства — преобразователи частоты.

Как следует из приведенной упрощенной схемы (см. рис. 3.12.2), при частотном регулировании осуществляется двукратное преобразование электрической энергии: сначала напряжение трехфазной сети выпрямляется, а затем инвертор преобразует выпрямленное напряжение в трехфазную систему напряжений нужной частоты. В системе преобразования предусмот

ри. 3.12.2. Схема включения асинхронного двигателя с частотным регулированием частоты вращения рсно автоматическое согласование значений U{ и /,, обеспечивающее требуемое значение максимального электромагнитного момента.

Основу устройства преобразователя частоты составляют полупроводниковые электронные приборы — управляемые выпрямители и инверторы.

Семейство механических характеристик двигателя с «двухзонным» частотным регулированием скорости вращения изображено на рис. 3.12.3.

Механические характеристики двигателя с частотным регулированием частоты вращения

Рис. 3.123. Механические характеристики двигателя с частотным регулированием частоты вращения

Логика работы преобразователя частоты зависит от того, в какую сторону от п1ЮМ требуется осуществлять регулирование. Если нужно обеспечить п < я|ЮМ, преобразователь автоматически создает условия неизменности максимального момента (зона постоянного момента) двигателя — одновременно с заданным снижением значения /, соответственно уменьшается и значение Uv Для случая п > яном соблюдение условия постоянства момента Ммакс уже не выполняется, так как требует регулирования напряжения [/, выше номинального, кроме того, во избежание перегрузки двигателя по мощности, его длительная работа при частотах вращения, превышающих номинальную, допустима только при соответствующем снижении момента сопротивления на валу. Зона регулирования выше номинальной частоты при неизменном напряжении обеспечивает постоянство мощности на валу (зона постоянной мощности).

При частотном управлении происходит регулирование частоты вращения результирующего магнитного поля машины. Часто используют специальный термин «векторное управление». Под векторным управлением понимается управление так называемым пространственным вектором, величиной индукции результирующего магнитного поля и частотой вращения этого вектора. Такой прием управления широко используется и для синхронных машин.

Частотное регулирование экономично, несмотря на двойное преобразование энергии. Габариты и стоимость преобразователей частоты при массовом производстве постепенно падают, а надежность повышается. Применение асинхронных двигателей с частотным управлением увеличивается, вытесняя регулируемый привод с коллекторными машинами постоянного тока.

На рис. 3.12.4 приведены механические характеристики п(М) для трех разных значений частоты подводимого напряжения при условии Ut/f{ = const, полученные с использованием моделирующей программы (см. параграф 5.2). Из сравнения характеристик следует, что при изменении частоты напряже-

Механические характеристики асинхронного двигателя для равных значений частоты подводимого напряжения при условии U/f = const

Рис. 3.12.4. Механические характеристики асинхронного двигателя для равных значений частоты подводимого напряжения при условии Ut/f = const

(Модель):

^ /=/ном»2 /, мом; 3-/2

ния максимальный момент остается постоянным, а изменяются частота вращения при нагрузке и при холостом ходе. На рис. 3.12.5 приведены графики зависимостей I(t) и n(t), полученные при моделировании прямого пуска асинхронного двигателя (см. параграф 3.11) и последующего регулирования частоты вращения двигателя путем изменения частоты напряжения. В интервале времени от 0 до t{ происходит прямой пуск двигателя при номинальной нагрузке и затем двигатель переходит в установившийся режим работы, когда Мнр = Мси п = const. В момент времени ^уменьшается частота подводимого напряжения и изменяется напряжение для обеспечения условия = const. При этом в интервале времени t{ - t2 протекает электромеханический переходный режим, сопровождающийся уменьшением тока статора и частоты вращения, затем ток статора увеличивается и достигает первоначального значения. По окончании переходного процесса наступает новый установившийся режим с меньшей частотой вращения.

Графики зависимостей I(t) и n(t) при прямом пуске и частотном регулировании частоты вращения асинхронного двигателя (Модель)

Рис. 3.12.5. Графики зависимостей I(t) и n(t) при прямом пуске и частотном регулировании частоты вращения асинхронного двигателя (Модель)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >