Частотное регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Данный метод регулирования частоты вращения АД основан на изменении частоты /г напряжения питающего обмотки статора АД. В этом случае регулируется синхронная частота вращения магнитного поля статора (o0=2nfi/p. Вслед за изменением синхронной частоты со0 изменяется и частота со вращения ротора АД, которая отличается от синхронной на величину скольжения co = co0(l-s).

Полное использование габаритной мощности АД, имеет место, если он работает с номинальным магнитным потоком. Магнитный поток Ф двигателя создается током намагничивающего контура /10, который пропорционален ЭДС статора (12.14):

Обозначив в формуле КЕ =4,44и/1Коб1 = const запишем

откуда получаем соотношение

которое говорит о том, что для полного использования двигателя по потоку наряду с изменением частоты питания /х необходимо пропорционально ей изменять Ег. ЭДС Ег является внутренним параметром АД, воздействовать же на магнитный поток двигателя можно напряжением статора. При управлении АД часто ставится задача сохранения перегрузочной способности двигателя по моменту А,м. Если принять активное сопротивление обмотки статора Ях =0, то согласно (12.49)

где Хк = (Х1ст +X2a) = co0(L].a +L2a) — индуктивность короткого замыкания; 11ст и L2a — индуктивности рассеяния статора и ротора.

Из (13.69) следует, что в ряде случаев, когда можно считать для АД Ях = 0, поддержание постоянными критического момента Мк и перегрузочной способности Хм обеспечивается пропорциональным изменением частоты и напряжения источника, питающего обмотку статора АД.

Момент сопротивления может изменяться по различным законам (см. рис. 13.7). Получим универсальную формулу, по которой надо изменять частоту и напряжение, чтобы перегрузочная способность двигателя по моменту оставалась постоянной Мкн =А,М = const. В этом случае при любых двух значениях моментов Мх и М2 соответствующие значения частот co0i и <й02 согласно формуле (13.69) должны быть связаны соотношением

Из этого уравнения следует предложенный академиком М. П. Костенко в 1925 г. основной закон изменения напряжения при частотном способе регулирования скорости АД:

гдеу = Пф / Нф ном—относительное напряжение; а = со0 / со0ном =А/Аномотносительная частота; р = М / Мном — относительный момент, показывающий изменение статического момента при регулировании скорости.

Выражение (13.70) является универсальным и с его помощью могут быть получены частные случаи.

При постоянстве момента нагрузки М = const по формуле (13.70) получим

т.е. напряжение на статоре двигателя должно меняться пропорционально его частоте.

Для вентиляторного момента нагрузки, когда р = а2, соотношение (13.70) имеет вид у = а2.

Если момент нагрузки изменяется обратно пропорционально скорости р = 1 / а, то имеет место зависимость у = Va.

Рассмотрим механические характеристики АД при частотном регулировании при Мс = const. Первоначально рассмотрим регулирование относительной частоты а от нуля до единицы (/2 = 50 Гц). В этом случае возможно регулирование частоты по закону (13.68) или (13.71). В первом случае поддерживается отношение ЭДС АД - к частоте fl постоянным. ЭДС Е1 вычисляется специальной схемой по уравнению (12.17) по измеряемым параметрам: Для поддержания отношения

Ег / /г применяются специальные регуляторы. Механические характеристики АД при частотном регулировании представлены на рис. 13.31.

Механические характеристики АД при законе регулирования (13.68) для фиксированных значений частоты а, равна ax = 1; а2 = 0,6; а3 = 0,4; а4 =0,2 представлены на рис. 13.31 сплошными линиями.

Характеристики имеют постоянный критический момент, Мк = const, при всех частотах а, так как поддерживается постоянным магнитный поток АД - Ф = const.

При регулировании частоты по закону (13.71), поддерживается отношение (Нф / Д = const) и на низких частотах (а < 0,4), величина ЭДС АД уменьшается из-за падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора Rv

Поэтому на этих частотах в соответствии с (13.68) уменьшается магнитный поток АД, а значит и критический момент Мк АД. В этом случае механические характеристики АД на частотах a = 0,4^1,0 практически совпадают с характеристиками при законе (13.68), а на частотах a <0,3 критический момент характеристик уменьшается (представлены на рис. 13.31 пунктиром), при этом соотношение моментов

мкк3к4.

Регулирование частоты вращения АД возможно и при частотах выше номинальной, соответствующей частоте a2 = 1(Д = 50 Гц), т.е. при а > 1.

При этом напряжении на зажимах АД с увеличением частоты нельзя пропорционально увеличивать выше 1/ф ном, так как изоляция обмоток статора АД рассчитана на 1/фном. При напряжении С7ф >U$HOM изоляция обмоток статора «стареет» гораздо быстрее, чем в номинальном режиме и сокращается срок службы АД.

Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании

Рис. 13.31. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании

Поэтому регулирование частоты АД при а > 1 осуществляется при Ег =1/ф = const. В соответствии с (13.68) в этом случае с увеличением а(Д ) магнитный поток АД и его критический момент АД будут уменьшаться. Механические характеристики АД для частот напряжения питания обмотки статора а>1 представлены на рис. 13.31, для фиксированных частот: а5 =1,2; а6 =1,4; а7 =1,6. Для этих характеристик критический момент уменьшается с ростом а - Мк5 > Мк6 > Мк7, и перегрузочная способность АД по моменту уменьшается. Поскольку в этих режимах частота со0 = 2л/ увеличивается, то мощность на валу АД, равная Р = Мксо0, остается практически постоянной.

Если момент сопротивления на валу АД постоянен Мс= const (рис. 13.31), то в точках 1—7 пересечения его с механическими характеристиками АД имеет место установившийся режим работы с частотами COj -со7.

Функциональная схема ЭП с частотным регулированием частоты вращения вала АД представлена на рис. 13.32. Главным элементом этой схемы является преобразователь частоты (UZF) осуществляющий регулирование частоты и напряжения по одному из частотных законов. Задачей преобразователя частоты (ПЧ) является преобразование трехфазного напряжения сети (Vc,fc) в трехфазное напряжение с регулируемой частотой^ и напряжением Ub которое подается на трехфазную обмотку статора АД.

По информационному каналу на UZF подается сигнал управления Uy, который одновременно изменяет частоту fx и напряжение Uv

Согласно сложившейся терминологии такие ЭП называются частотными. Они различаются типами ПЧ, способами формирования напряжения преобразователя частоты и видами обратных связей системы управления. Для получения совершенных характеристик частотного ЭП применяются замкнутые системы управления.

Функциональная схема электропривода с частотным управлением

Рис. 13.32. Функциональная схема электропривода с частотным управлением

В современной бытовой технике применяются ПЧ, выполненные на IGBT-транзисторах с регулированием напряжения и частоты методом широтно-импульсной модуляции. Такие ПЧ вместе с замкнутой системой управления выполняются в виде интегральной микросхемы.

Основные характеристики данного метода регулирования частоты вращения АД:

  • 1) диапазон регулирования частоты вниз от номинальной 1:10 в разомкнутой системе и 1:1000 в замкнутой системе. При регулировании вверх от номинальной диапазон регулирования 1:2;
  • 2) регулирование частоты осуществляется вниз и вверх от номинальной частоты АД;
  • 3) регулирование частоты плавное;
  • 4) затраты на приобретение ПЧ и системы управления превышают затраты на АД в несколько раз;
  • 5) потери мощности при работе на рабочих участках механических характеристик малы, ввиду их большой жесткости (s = 0,05 -г 0,15).

Электропривод с АД и частотным регулированием применяется в ЭП бытовой техники.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >