Частотное регулирование скорости АД по цепи статора

Схема частотного регулирования приведена на рис. 2.24, а. В схему входит преобразователь частоты (ПЧ), К ПЧ подведено сетевое напряжения с уровнем U_C и частотой f_C. На выходе ПЧ формируется синусоидальной напряжение с произвольным уровнем U₁ и частотой f₁. Возможно раздельное регулирование уровня напряжения U₁ и его частоты f₁. Все параметры и характеристики АД, полученные при номинальных значениях уровня напряжения U_1ном и его частоты f_1ном называются естественными и они снабжаются в обозначениях индексом "Е". Если уровень напряжения U₁ или его частота f₁ отличаются от номинальных, то все параметры и характеристики АД называются искусственными и они снабжаются в обозначениях индексом "И".

При анализе схем регулирования частоты с помощью ПЧ необходимо использовать следующие выражения:

1) формулу частоты вращения поля статора (2.15) ;

2) формулу критического скольжения (2.32) ;

3) формулу критического момента (2.33) ;

4) формулу пускового тока (2.27) ;

5) формулу пускового момента (2.34) .

1. Регулирование частоты снижением уровня U₁ при f₁=const.

Синхронная частота ω₀ и критическое скольжение s_к не изменятся, так как они не зависят от U₁. Пусковой ток I_П уменьшится пропорционально уменьшению U₁ а критический М_к и пусковой М_П моменты уменьшатся в большей степени, так как пропорциональны (рис.2.24,б).

Для установления факта регулирования частоты вращения АД нанесем график момента сопротивления нагрузки М_С. Точками пересечения графиков МХ АД и МХ нагрузки определяются частоты вращения АД. Видно, что этим способом можно регулировать частоту вращения в небольших пределах от ω₀ до ω_к, что составляет всего (15...20)% от всего диапазона скоростей АД. Кроме того, снижается запас устойчивости работы АД, так как критический момент М_к резко снижается. Из-за этих серьезных недостатков рассмотренный способ регулирования частоты практически не применяется.

2. Регулирование скорости АД повышением частоты f₁ при U₁=const.

Синхронная частота ω₀ увеличивается, а все остальные параметры МХ и ЭМХ АД уменьшаются, причем наиболее интенсивно понижаются критический М_к и пусковой М_П моменты, менее интенсивно – пусковой ток I_П (рис.2.26,в).При наложении графика МХ нагрузки на графики МХ АД обнаруживается повышение частоты вращения АД. Рассмотренный способ регулирования частоты применяется редко, так у АД допускается небольшое (до 50%) увеличение частоты вращения сверх синхронной.

3. Регулирование скорости АД одновременным изменением вверх или вниз уровня напряжения U₁ и его частоты f₁.

В зависимости от вида МХ нагрузки различают разные законы одновременных изменений уровня напряжения U₁ и его частоты f₁.

3.1. Уровень напряжения U₁ и его частота f₁ изменяются пропорционально друг другу: U₁/f₁=const. Такой закон регулирования называется линейным частотным законом (рис.2.25,а).

Рассмотрим, для определенности, вариант снижения уровня напряжения U₁ и его частоты f₁. Синхронная частота ω₀ уменьшается, а критический момент М_к остается неизменным, так как он пропорционален отношению U₁/f₁, а это отношение постоянно. Пусковой ток I_П уменьшится пропорционально понижению U₁, а одновременное уменьшение ω₁ практически не изменяет ток I_П, так как ω₁ входит неполно (в качестве одного из слагаемых суммы R_K+jω₁L_K) в знаменатель только второй дроби формулы (2.27). Пусковой момент М_П увеличивается, что доказывается расчетом:

(2.50)

Способ регулирования частот вращения имеет следующие достоинства:

- частоту вращения ω можно регулировать в диапазоне 0...150%;

- критический момент М_к неизменен и перегрузочная способность АД остается всегда на высочайшем уровне;

- пусковой момент М_П повышается, что позволяет плавно разгонять АД под нагрузкой путем плавного изменения частоты ω₁;

- пусковой ток I_П уменьшается, а при плавном пуске и разгоне АД он остается постоянно малым, и ПЧ никогда из сети не будет потреблять ток в 5...7 крат номинального (фактически в используемых в электроприводе ПЧ пусковой ток ограничен уровнем не более 1,5·I_ном).

Рассмотренный способ регулирования целесообразно использовать в электроприводе с постоянным моментом сопротивления нагрузки – M_C=const.

3.2. Уровень напряжения U₁ прямо пропорционален квадрату частоты f₁: , где с=const. Такой закон регулирования называется параболическим частотным законом (рис. 2.25, а). Его применение целесообразно для привода механизмов имеющих параболическую МХ (вентиляторы, центробежные насосы и т.п.). При таком способе напряжение U₁ понижается быстрее понижения частоты ω₁. В результате:

- перегрузочная способность АД в электроприводе остается неизменной;

- снижение тока I₁ и в том числе - пускового I_П глубже, чем при линейном частотном законе регулирования, а это снижает потери мощности в АД и повышает его к.п.д.

Иные способы управления скоростью АД с короткозамкнутым ротором, кроме частотного, не применяются. Несмотря на дороговизну ПЧ, рассмотренные схемы регулирования частоты вращения АД получили самое широкое распространение потому, что в электроприводе используется самый дешевый, надежный, имеющий большой срок службы (до 20 лет) АД с короткозамкнутым ротором.

Вопросы и задания

1. Какие законы регулирования скорости АД реализуются при частотном управлении?

2. Поясните способ регулирование частоты АД изменением напряжением питания.

3. Поясните способ регулирование частоты АД изменением частоты напряжения питания.

4. Поясните способ регулирование частоты АД одновременным изменением уровня напряжения питания и его частоты.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: